DE19956833A1 - Winkelmeßsystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Winkelmeßsystem mit einem spannbaren Maßband, das eine mittels einer Abtasteinheit abtastbare Meßteilung aufweist und das zur Winkelmessung ringartig angeordnet wird, und mit einer Spannvorrichtung, die mit den Enden des Maßbandes verbindbar ist und mit der das Maßband zur Festlegung der Position seiner Enden spannbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Spannvorrichtung (2) einen Übersetzungsmechanismus (3) aufweist, über den ein Betätigungselement (41, 42) der Spannvorrichtung (2) mit mindestens einem Ende (11, 12) des Maßbandes (1) derart gekoppelt ist, daß durch Einwirken auf das die Spannvorrichtung (2) mittels des Betätigungselementes (41, 42) eine durch die Übersetzung festgelegte Änderung der Position des Endes (11, 12) des Maßbandes (1) bewirkt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Winkelmeßsystem nach dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Winkelmeßsystem wird insbesondere zur Winkel
messung bei großen Rundtischen verwendet und umfaßt ein
spannbares Maßband, das eine mittels einer Abtasteinrich
tung abtastbare Meßteilung aufweist und das ringartig am
Außenumfang des Rundtisches angebracht wird. Ferner ist
eine Spannvorrichtung vorgesehen, die mit den Enden des um
den Rundtisch gelegten Maßbandes verbindbar ist und mit der
das Maßband zur Festlegung der Position seiner Enden spann
bar ist.
Eine genaue Positionierung der Enden des Maßbandes mittels
der Spannvorrichtung ist von großer Bedeutung, da die Enden
des Maßbandes eine Unstetigkeitsstelle des Winkelmeßsystems
darstellen. Zur Erzielung einer hinreichend großen Winkel
auflösung beträgt die charakteristische Länge der auf dem
Maßband aufgebrachten Meßteilung (d. h. im Fall einer peri
odischen Strichteilung der als Teilungsperiode bezeichnete
Abstand zwischen einander benachbarten Strichen) üblicher
weise einige 10 µm. Im Rahmen dieser Genauigkeit muß auch
die Positionierung der Enden des Maßbandes erfolgen, um die
durch die Meßteilung des Maßbandes vorgegebene Winkelauflö
sung tatsächlich erreichen zu können.
Hierzu ist es aus dem Fachbuch "Digitale Längen- und Winkel
meßtechnik" von Alfons Ernst, Landsberg/Lech: Verlag Moder
ne Industrie, 3. Auflage (1998), Seiten 69/70 bekannt, die
beiden Enden des Maßbandes mittels eines zwei Spannklötze
umfassenden Spannschlosses derart zu spannen, daß die
beiden Enden im gespannten Zustand auf Stoß aneinander
anliegen.
Aus der DE 2 72 698 A1 ist ein Winkelmeßsystem mit einem
Stahlmaßband bekannt, dessen meßwirksame Länge sich im
wesentlichen nur über eine Umfangshälfte eines Rundtisches
erstreckt und das an seinen beiden Enden in die andere
Umfangshälfte des Rundtisches gelegte Verlängerungsstücke
aufweist, an denen das Stahlmaßband mittels eines Spannele
mentes gespannt wird. Hierbei werden die beiden Enden des
Maßbandes nicht auf Stoß aneinander gelegt, sondern es
verbleibt vielmehr eine Lücke zwischen diesen. Zur Abta
stung des Stahlmaßbandes weist das Winkelmeßsystem zwei
einander diametral gegenüber angeordnete Tastköpfe auf, von
denen sich stets einer in derselben Umfangshälfte des
Rundtisches befindet wie das Stahlmaßband.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Winkelmeßsy
stem der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit einfa
chen Mitteln eine hochgenaue Positionierung der Enden des
Maßbandes durch eine Spannvorrichtung gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaffung
eines Winkelmeßsystems mit den Merkmalen des Patentan
spruchs 1 gelöst.
Danach weist die Spannvorrichtung einen Übersetzungsmecha
nismus auf, über den ein Betätigungselement der Spannvor
richtung mit mindestens einem Ende des Maßbandes derart
gekoppelt ist, daß durch Einwirken auf die Spannvorrichtung
mittels des Betätigungselementes eine durch die Übersetzung
des Übersetzungsmechanismus festgelegte Änderung der Positi
on des Endes bzw. der Enden des Maßbandes bewirkt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß durch den
Übersetzungsmechanismus eine Bewegung des Betätigungselemen
tes der Spannvorrichtung, die durch ein geeignetes, mit dem
Betätigungselement in Eingriff bringbares Werkzeug ausge
löst wird, in eine sehr viel kürzere Bewegung des entspre
chenden Endes des Maßbandes umgesetzt werden kann. So
lassen sich mit einem einfach aufgebauten mechanischen
Übersetzungsmechanismus Übersetzungen in einer Größenord
nung von 1 : 1000 erreichen, wie im folgenden anhand von
Beispielen noch näher erläutert werden wird. Hierdurch läßt
sich die gewünschte Einstellgenauigkeit der Enden des
Maßbandes erreichen, ohne daß extrem hohe Anforderungen an
die Präzision des Werkzeuges und des Betätigungselementes
gestellt werden müßten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Betätigungselement über den Übersetzungsmechanismus mit
beiden Enden des Maßbandes gekoppelt. In diesem Fall kann
über das Betätigungselement eine symmetrische Positionie
rung der beiden Enden des Maßbandes bewirkt werden.
Der Übersetzungsmechanismus kann insbesondere einen Hebelme
chanismus umfassen, wobei das Betätigungselement über
mindestens einen Hebel mit mindestens einem Ende des Maßban
des gekoppelt ist und der dem Betätigungselement zugeordne
te Hebelarm länger ist als der dem Ende des Maßbandes
zugeordnete Hebelarm. Der Hebel kann z. B. um ein Drehgelenk
oder um ein Biegegelenk verschwenkbar sein.
Wenn der Übersetzungsmechanismus zwei Hebel aufweist, die
zur Kopplung des Betätigungselementes mit jeweils einem
Ende des Maßbandes dienen, dann sind diese beiden Hebel
vorzugsweise über ein Joch miteinander verbunden, an dem
zugleich auch die Gelenke vorgesehen sind, um die die Hebel
verschwenkbar gelagert sind. Bei der Ausbildung der Gelenke
als Biegegelenke können diese einstückig in das Joch inte
griert werden, so daß das Joch, die Gelenke und die Hebel
eine einstückige Baueinheit bilden.
Andererseits können die beiden Hebel auch als separate
Bauteile ausgebildet sein, die erst beim Zusammenbau des
Winkelmeßsystems zu einer Baueinheit zusammengefügt werden.
Ob die einteilige oder eine mehrteilige Ausbildung des
Übersetzungsmechanismus vorteilhaft ist, hängt von den
Einbauverhältnissen im jeweiligen Einzelfall ab, z. B.
davon, ob die Trommelachse des Rundtisches, um dessen
Außenumfang das Maßband des Winkelmeßsystems gelegt werden
soll, ein freies Ende aufweist, so daß das Maßband zusammen
mit der Spannvorrichtung axial auf den Rundtisch geschoben
werden kann. In diesem Fall ist eine einstückige Ausbildung
der Spannvorrichtung vorteilhaft. Dagegen ist in solchen
Fällen, in denen kein freies Ende der Achse des Rundtisches
zur Verfügung steht und das Winkelmeßsystem daher nicht
axial auf den Rundtische geschoben werden kann, eine mehr
teilige Ausbildung der Spannvorrichtung zweckmäßig. Die
Spannvorrichtung wird in diesem Fall erst zu einer Bauein
heit zusammengefügt, nachdem das Maßband um den Außenumfang
des Rundtisches gelegt worden ist.
Der Übersetzungsmechanismus kann ferner eine Kraftumlenkung
aufweisen, auf die das Betätigungselement entlang einer
ersten Richtung einwirkt und die eine schräg oder quer zu
der Wirkrichtung des Betätigungselementes verlaufende
Bewegung erzeugt, welche wiederum zu einer Änderung der
Position mindestens eines Endes des Maßbandes führt. Hierzu
ist die Kraftumlenkung über Schenkel mit einem oder beiden
Enden des Maßbandes gekoppelt, wobei diese Schenkel insbe
sondere durch die vorstehend beschriebenen Hebel gebildet
werden können.
Vorzugsweise trägt auch die Kraftumlenkung selbst zur
Übersetzung bei, indem die von der Kraftumlenkung senkrecht
zur Wirkrichtung des Betätigungselementes erzeugte Bewegung
entlang eines kürzeren Weges erfolgt als die auf die Kraft
umlenkung einwirkende Bewegung des Betätigungselementes.
Die Kraftumlenkung kann beispielsweise als Keilgetriebe
ausgebildet sein, das mit dem Betätigungselement der Spann
vorrichtung in Wirkverbindung steht. Alternativ kann die
Kraftumlenkung ein mit dem Betätigungselement gekoppeltes
Deformationselement aufweisen, das quer zur Wirkrichtung
des Betätigungselementes verformbar ist.
Bei dem Betätigungselement selbst kann es sich beispielswei
se um einen Exzenter oder um ein längsverschiebliches
Element, insbesondere in Form einer Stellschraube, handeln.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Spannvorrichtung läßt sich
sowohl bei solchen Winkelmeßsystemen anwenden, bei denen
die beiden Enden des Maßbandes mittels der Spannvorrichtung
auf Stoß aneinander angelegt werden, als auch bei solchen
Winkelmeßsystemen, bei denen zwischen den beiden Enden des
Maßbandes eine Lücke bzw. ein Spalt verbleibt. Gerade im
letztgenannten Fall ist die erfindungsgemäße Lösung beson
ders vorteilhaft, um den Abstand zwischen den beiden Enden
des Maßbandes exakt einstellen zu können.
Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet
und bezüglich des Maßbandes angeordnet, daß sie in eine
Aussparung eines von dem Maßband umgebenen Körpers, insbe
sondere eines Rundtisches, einsetzbar ist. Ferner weist die
Spannvorrichtung ein oder mehrere Lagerelement auf, über
die sie sich an einer Gegenfläche der Aussparung abstützen
kann.
Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren
deutlich werden.
Es zeigen:
Fig. 1a ein Spannband für ein Winkelmeßsystem;
Fig. 1b das Spannband gemäß Fig. 1a mit einer daran
montierten Spannvorrichtung;
Fig. 1c das Spannband und die zugehörige Spannvorrich
tung gemäß Fig. 1b nach der Befestigung an
einem Rundtisch;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Rundtisches
aus Fig. 1c;
Fig. 3 eine vergrößerte, schematische Darstellung
der Spannvorrichtung aus Fig. 1c;
Fig. 4 eine weitere vergrößerte, schematische Dar
stellung der Spannvorrichtung aus Fig. 1c,
bei der die Wirkung des Übersetzungsmechanis
mus illustriert ist;
Fig. 5 eine Abwandlung der in den Fig. 3 und 4
dargestellten Spannvorrichtung;
Fig. 6a
und 6b eine perspektivische Darstellung einer bevor
zugten Ausführungsform der Spannvorrichtung,
die ringförmig um einen Rundtisch gelegt ist.
In den Fig. 1a bis 1c ist ein spannbares Maßband 1, z. B.
ein Stahlmaßband, dargestellt, das zur Schaffung eines Win
kelmeßsystems für große Rundtische am Außenumfang eines
Rundtisches angebracht werden kann. Das Maßband 1 ist auf
einem biegsamen bzw. biegeschlaffen, kreisförmig um einen
Rundtisch legbaren Grundband 10 angeordnet. Zwischen dem
Maßband 1 und dem Grundband 10 ist eine Gleit- oder Entkop
pelschicht, z. B. in Form einer Ölschicht, vorgesehen, um
ein möglichst reibungsarmes Gleiten des Maßbandes 1 auf dem
Grundband 10 zu ermöglichen. Gleichzeitig hält die
Ölschicht das Maßband 1 durch Adhäsionskräfte an dem Grund
band 10.
Alternativ kann das Maßband 1 auch unmittelbar am Außenum
fang eines Rundtisches (also auf einem starren Grundkörper)
angeordnet werden, wozu am Außenumfang des Rundtisches eine
zur Aufnahme des Maßbandes geeignete Ringnut vorgesehen
sein kann. In diesem Fall müßte die Gleit- oder Entkoppel
schicht vor dem Anbringen des Maßbandes am Außenumfang des
Rundtisches aufgebracht werden, was einen zusätzlichen
Arbeitsschritt bei der Montage des Maßbandes am Rundtisch
bedeutet, der bei Verwendung eines Grundbandes zur Aufnahme
des Maßbandes hinfällig ist.
Das Maßband 1 weist an seinem äußeren Umfang eine optisch
abtastbare Strichteilung auf und ermöglicht daher durch
seine kreisförmige Anordnung auf dem Grundband 10 eine
Winkelmessung durch Abtastung der Strichteilung mit einer
geeigneten Abtasteinrichtung. Die Länge des Maßbandes 1 ist
so gewählt, daß sich die beiden Enden 11, 12 des Maßban
des 1 in einem Abstand a gegenüberliegen, wenn das Maß
band 1 zusammen mit dem Grundband 10 um einen Rundtisch
gelegt ist.
Gemäß Fig. 1b sind die beiden Enden 11, 12 des Maßbandes
(nicht aber die Enden des Grundbandes 10) mit einer Spann
vorrichtung 2 in Form eines Spannschlosses verbunden, die
eine exakte Positionierung der beiden Enden 11, 12 durch
Spannen des Maßbandes 1 ermöglicht, ohne unmittelbar auf
das Grundband 10 einzuwirken. Erfindungsgemäß weist die
Spannvorrichtung einen Übersetzungsmechanismus 3 auf, der
eine Kraftumlenkung 20 in Form eines Deformationselementes
21 und zwei Hebel 31, 32 umfaßt, deren eines Ende jeweils
mit dem Deformationselement 21 und deren anderes Ende
jeweils mit einem Ende 11, 12 des Maßbandes 1 verbunden
ist. Die Verbindung der Hebel 31, 32 mit dem Maßband 1 kann
z. B. durch eine Schweiß- oder eine Schraubverbindung gebil
det sein. Weitere Einzelheiten über den Aufbau der Spannvor
richtung 2, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus und der
Funktion des Übersetzungsmechanismus 3 werden weiter unten
anhand der Fig. 3 bis 6 erläutert werden.
Vom Funktionsprinzip her zeichnet sich die Spannvorrich
tung 2 dadurch aus, daß durch Einwirken auf ein Betäti
gungselement 41 der Spannvorrichtung 2 über den Überset
zungsmechanismus 3 eine Einstellung der Position der En
den 11, 12 des Maßbandes 1 bewirkt werden kann. Durch die
Wahl einer hinreichend hohen Übersetzung (in diesem Fall in
Form einer sogenannten "Untersetzung") kann dabei eine sehr
hohe Genauigkeit bei der Einstellung der Position der
Enden 11, 12 des Maßbandes und damit des Abstandes a zwi
schen diesen Enden erreicht werden.
Nach der Verbindung des Maßbandes 1 mit der Spannvorrich
tung 2 werden diese gemäß Fig. 1c gemeinsam axial auf die
äußere Mantelfläche 50 eines Rundtisches 5 geschoben, der
in Fig. 2 näher dargestellt ist.
Der Rundtisch 5 weist eine zentrale Bohrung 52 auf, die der
Aufnahme weiterer Funktionsgruppen auf dem Rundtisch dient,
sowie eine am Umfang des Rundtisches 5 vorgesehene Ausspa
rung 55 zur Aufnahme der Spannvorrichtung 2. Die Ausspa
rung 55 ist mit zwei seitlichen Ausbuchtungen 56, 57 verse
hen, in die jeweils ein Lagerelement 38 bzw. 39 der Spann
vorrichtung 2 hineinragt und sich dort an jeweils einer
Stützfläche 58, 59 abstützt.
Es wird nun Bezug genommen auf die schematische Darstellung
der Spannvorrichtung 2 in Fig. 3, anhand der der Aufbau und
die Funktion der Spannvorrichtung näher erläutert werden.
Die Spannvorrichtung 2 umfaßt ein längsbewegbares Betäti
gungselement 41, z. B. in Form einer Stellschraube, das auf
ein Deformationselement 21 in Form eines flächigen, gewölb
ten und elastisch verformbaren Bauelementes (vom Typ einer
Blattfeder) mit einer Kraft F einwirkt. Das Deformationsele
ment 21 ist an seinen beiden Enden 22, 23 einstückig mit
dem Ende 31a, 32a jeweils eines Hebels 31 bzw. 32 verbun
den. Die beiden Hebel 31, 32 sind mit ihrem anderen En
de 31b, 32b jeweils (wie in den Fig. 1b und 1c darge
stellt) an einem Ende 11 bzw. 12 des Maßbandes 1 befestigt.
Die Hebel 31, 32 sind um je ein Gelenk 36 bzw. 37 ver
schwenkbar und bilden dadurch jeweils einen ersten, dem De
formationselement 21 (und damit dem Betätigungselement 41)
zugeordneten Hebelarm 33 sowie einen zweiten, dem jeweili
gen Ende 11 bzw. 12 des Maßbandes 1 zugeordneten zweiten
Hebelarm 34. Zur Erzielung der gewünschten Übersetzung sind
die zweiten Hebelarme 34 der Hebel 31, 32 jeweils kürzer
als die ersten Hebelarme 33.
Die beiden Gelenke 36, 37 sind in ein Joch 35 integriert,
das sich zwischen den beiden Hebeln 31, 32 erstreckt und
diese über die Gelenke 36, 37 miteinander verbindet. In dem
Joch 35 kann außerdem das Betätigungselement 41 gelagert
sein. Hierzu kann z. B. eine Stellschraube als Betätigungs
element in einer Durchgangsbohrung des Joches 35 angeordnet
werden.
Das Joch 35 bildet somit einen Kern der Spannvorrichtung 2,
an dem sich einerseits das Betätigungselement 41 und ande
rerseits über die Gelenke 36, 37 die beiden Hebel 31, 32
abstützen. Ferner stützt sich die gesamte Spannvorrich
tung 2 über die beiden Lagerelemente 38, 39, die in Aus
buchtungen 56, 57 der Aussparung 55 des Rundtisches 5
(vergl. Fig. 1a bis 1c) angeordnet sind, über Stützflä
chen 58, 59 des Rundtisches 5 an diesem ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gelenke 36,
37 als Biegegelenke einstückig mit dem Joch 35 ausgebildet.
Wenn zusätzlich noch die beiden Lagerelemente 38, 39 ein
stückig an jeweils einen der Hebel 31 bzw. 32 angeformt
sind, dann bildet die gesamte Spannvorrichtung 2 (abgesehen
von dem Betätigungselement 41), die im wesentlichen aus dem
Deformationsglied 21, den beiden Hebeln 31, 32, dem Joch 35
mit den Gelenken 36, 37 und den beiden Lagerelementen 38,
39 besteht, eine einteilige Baugruppe.
Diese Ausführungsform ist in solchen Fällen besonders
vorteilhaft, bei denen der Rundtisch, um den das mit der
Spannvorrichtung 2 versehene Maßband herumgelegt werden
soll, eine freie Achse 51 aufweist. Das Maßband 1 kann dann
zusammen mit der Spannvorrichtung 2 axial auf den entspre
chenden Rundtisch 5 aufgeschoben werden. In anderen Anwen
dungsfällen ist es dagegen vorteilhaft, die Spannvorrich
tung 2 mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden, wie
weiter unten anhand des in Fig. 5 dargestellten Ausführungs
beispiels noch näher erläutert werden wird.
Es soll nun zunächst anhand Fig. 4 näher erläutert werden,
wie ein Einwirken des Betätigungselementes 41 auf das
Deformationselement 21 entlang einer Wirkrichtung W, das
eine Verformung des Deformationselementes 21 parallel zur
Wirkrichtung W um einen Betrag dH zur Folge hat, zu einer
definierten Verschiebung der dem Maßband zugeordneten
Hebelenden 31b, 32b, um einen definierten Betrag S senk
recht zu der Wirkrichtung W führt.
Die in Fig. 4 gezeigte Spannvorrichtung 2 ist in ihrem
Aufbau im wesentlichen identisch mit der in Fig. 3 darge
stellten; der einzige Unterschied besteht darin, daß hier
kein längsverschiebliches Betätigungselement 41, sondern
vielmehr ein Betätigungselement 42 in Form eines Exzenters
zur Anwendung kommt, das an dem Joch 35 gelagert ist. Dies
ändert aber nichts an der Funktionsweise der Spannvorrich
tung, die in beiden Fällen identisch ist. Diese soll nun
anhand der Fig. 4 näher erläutert werden, ohne daß auf den
Aufbau der (bereits anhand Fig. 3 beschriebenen) Spannvor
richtung nochmals näher eingegangen wird.
Gemäß Fig. 4 wirkt das Betätigungselement 42 in Form eines
Exzenters auf ein längserstrecktes, gewölbtes und elastisch
ausgebildetes Deformationselement 21 der Länge 2*L (Er
streckung quer zur Wirkrichtung W des Exzenters) und der
Höhe H (Erstreckung parallel zur Wirkrichtung W) radial
ein, was je nach der Drehrichtung des Exzenters 42 eine
Zunahme oder Abnahme der Höhe H des Deformationselemen
tes 21 um einen Betrag dH zur Folge hat. Dies führt wieder
um zu einer Änderung der Länge 2*L des Deformationselemen
tes 21, da dessen Enden 22, 23 nicht fest eingespannt,
sondern vielmehr quer zu der Wirkrichtung W des Exzenters
42 beweglich sind. Für den Betrag x, um den jedes der
beiden Enden 22, 23 des Deformationselementes 21 dabei im
wesentlichen quer zu der Wirkrichtung W verschoben wird
(halbe Deformationsgliedlängenänderung), gilt - unter der
Annahme eines sich im unbelasteten Zustand entlang eines
Kreisbogenabschnittes erstreckenden Deformationselemen
tes 21 - in Abhängigkeit von der Änderung dH der Höhe H des
Deformationselementes 21:
x(dH) = L - {(-2*L)2/4 + 3*dH2/4}1/2
Bei einer Änderung dH der Höhe H des Deformationselemen
tes 21 von 0.1 mm ergibt dies beispielsweise eine Verschie
bung der beiden Enden 22, 23 des Deformationselementes 21
quer zu der Wirkrichtung W des Exzenters um je 0.00025 mm.
Das Deformationselement 21 bewirkt somit zum einen eine Um
setzung der entlang der Wirkrichtung W radial auf das Defor
mationselement 21 einwirkenden Kraft in eine Bewegung quer
zur Wirkrichtung W und zum anderen eine erhebliche Überset
zung (in diesem Fall in Form einer sogenannten "Unterset
zung").
Eine weitere Untersetzung läßt sich durch eine geeignete
Wahl der Längen H1, H2 der Hebelarme 33, 34 der beiden
Hebel 31, 32 erreichen, über die die Enden 22, 23 des
Deformationselementes 21 mit den Enden 11, 12 des Maßban
des 1 gekoppelt sind. Diese Untersetzung läßt sich ohne
weiteres aus den bekannten Hebelgesetzen bestimmen.
So ergibt sich schließlich eine definierte Änderung der
Positionen der beiden Enden 11, 12 des Maßbandes 1 (vergl.
Fig. 1a bis 1c) in Abhängigkeit von der Änderung dH der
Höhe H des Deformationselementes 21, die durch radiales
Einwirken des Betätigungselementes 42 in Form eines Exzen
ters auf das Deformationselement 21 erzeugt wird und die
eine Verschiebung der dem Maßband 1 zugeordneten Enden 31b,
32b der Hebel 31, 32 um einen Betrag S quer zur Wirkrich
tung W des Betätigungselementes 42 zur Folge hat.
Dabei führt eine Bewegung des Exzenters 42, die eine Verrin
gerung der Höhe H des Deformationselementes 21 bewirkt,
dazu, daß sich die beiden Enden des Maßbandes aufeinander
zu bewegen, also das Maßband gespannt wird. Eine entgegenge
setzte Bewegung des Exzenters 42 führt demgegenüber zu
einer Entspannung des Maßbandes. Entsprechendes gilt bei
der Verwendung einer Stellschraube oder dergl. als Betäti
gungselement anstelle des Exzenters 42.
Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel zeigt, daß
Änderungen dH der Höhe H des Deformationselementes 21 in
der Größenordnung eines Bruchteils eines Millimeters zu
einer Verschiebung der Position der Enden 11, 12 des Maßban
des 1 um einen Weg S in der Größenordnung eines Bruchteils
eines Mikrometers führen, also hier eine sehr große Überset
zung hin zu kleineren Verschiebungen der Enden des Maßban
des bezogen auf die Bewegung des Betätigungselementes
("Untersetzung") erreicht wird.
Die Fig. 6a und 6b zeigen perspektivisch eine mögliche
konkrete Ausgestaltung der anhand der schematischen Darstel
lung in den Fig. 3 und 4 erläuterten Spannvorrichtung 2.
Man erkennt in den Fig. 6a und 6b ein Maßband 1, das um
einen Bund 53 an der äußeren Mantelfläche 50 eines mit
einer zentralen Bohrung 52 versehenen Rundtisches 5 gelegt
ist und das mit seinen beiden Enden 11, 12 an jeweils einem
nach innen ragenden Ende 31b, 32b zweier Hebel 31, 32
befestigt ist, die einen Bestandteil einer Spannvorrich
tung 2 zum Spannen des Maßbandes 1 bilden. Der sich an den
Bund 53 anschließende Absatz 54 des Rundtisches 5 dient
dabei als Geräteauflage.
Die Spannvorrichtung 2 ist einstückig ausgebildet und
umfaßt ein Joch 35, an das seitlich zwei Gelenke 36, 37 in
Form von scharnierartig ausgebildeten Biegegelenken ange
formt sind, an die sich wiederum einstückig die um die
Gelenke 36, 37 verschwenkbaren Hebel 31, 32 anschließen. An
ihren dem Maßband 1 abgewandten Enden 31a, 32a sind die
beiden Hebel 31, 32 über ein Deformationselement 21 mitein
ander verbunden, bei dem es sich um elastisch verformbares,
gewölbtes, flächiges Bauelement handelt.
An die beiden Hebel 31, 32 sind im Bereich der Gelenke 36,
37, jedoch von diesen abgewandt, zwei Lagerelemente 38, 39
angeformt, die in seitlichen Ausbuchtungen 56, 57 der zur
Aufnahme der Spannvorrichtung 2 vorgesehenen Aussparung 55
angeordnet sind und die jeweils einen Zylinderstift 38a,
38b umgreifen, über den sie sich linienartig an Stützflä
chen 58, 59 des Rundtisches 5 abstützen. Die Zylinderstif
te 38a, 38b sind in die Lagerelemente 38, 39 eingelegt und
dort durch Kleben befestigt. Die Stützflächen 58, 59 bilden
ein Widerlager für die Spannvorrichtung 2, an dem diese
über die Lagerelemente 38, 39 und die Zylinderstifte 38a,
38b abgestützt ist.
Mit der in den Fig. 6a und 6b perspektivisch dargestell
ten und einen Übersetzungsmechanismus 3 der vorstehend
beschriebenen Art aufweisenden Spannvorrichtung 2 lassen
sich in der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Weise
die Positionen der beiden Enden 11, 12 des Maßbandes 1
durch Spannen dieses Bandes gezielt einstellen. Zum Einwir
ken auf das Deformationselement 21 dient dabei eine Stell
schraube 41, die in einer Ausnehmung des Joches 35 gelagert
ist und die in ihrem Kopf 410 seitliche Öffnungen 411
aufweist, so daß sie seitlich für ein Werkzeug zugänglich
ist.
Anhand Fig. 6b ist erkennbar, daß sich zwischen den beiden
Enden 11, 12 des Maßbandes ein Spalt befindet, dessen Größe
von der Spannung des Maßbandes 1 abhängt. Es handelt sich
hier also um eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung,
mit der die beiden Enden 11, 12 des Maßbandes 1 nicht auf
Stoß aneinander gelegt werden sollen, sondern mit der
vielmehr ein definierter Abstand der beiden Enden einge
stellt werden soll.
Selbstverständlich läßt sich die vorliegende Erfindung aber
auch dann anwenden, wenn die Spannvorrichtung dazu vorgese
hen ist, die beiden Enden des Maßbandes miteinander zur
Anlage zu bringen. Ferner kann die in Fig. 6b dargestellte
Ausführungsform einer Spannvorrichtung noch auf andere
Weise abgeändert werden, z. B. indem anstelle der Biegegelen
ke 36, 37 Drehgelenke, insbesondere in Form von Kugelgelen
ken, verwendet werden.
Auch die Wahl des Betätigungselementes der Spannvorrichtung
kann variiert werden, wobei gemäß Fig. 6 in dem Joch 35
eine Bohrung 35a vorgesehen ist, die zur Aufnahme einer mit
dem Deformationselement 21 zusammenwirkenden Stellschraube
als Betätigungselement vorgesehen ist.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des anhand der Fig. 3 und 4
dargestellten Ausführungsbeispiels einer Spannvorrichtung,
bei dem anstelle eines Deformationselementes 21 ein Keilge
triebe 26, 27, 28 als Kraftumlenkung 25 verwendet wird.
Dieses umfaßt einen Zylinder 26, der zwischen zwei Kei
len 27, 28 angeordnet ist und mit seiner Mantelfläche an
den Keilflächen 29 der beiden Keile 27, 28 anliegt. Auf die
Mantelfläche des Zylinders 26 wirkt radial ein längsbeweg
bares Betätigungselement 41, z. B. in Form einer Stellschrau
be, ein, so daß sich der Zylinder 26 entlang der Wirkrich
tung W des Betätigungselementes 41 quer zu seiner Längsach
se bewegen läßt.
Eine Bewegung des Zylinders 26 entlang der Wirkrichtung W
des Betätigungselementes 41 hat eine Bewegung der beiden
Keile 27, 28 quer zu der Wirkrichtung W zur Folge. An den
Keilen 27, 28 ist wiederum je ein Ende 31a, 32a der beiden
Hebel 31, 32 befestigt bzw. angeformt, die mit ihren ande
ren Enden 31b, 32b mit dem Maßband 1 des Winkelmeßsystems
(vergl. Fig. 1a - 1c) verbunden sind.
Die Funktion der in Fig. 5 dargestellten Spannvorrichtung 2
stimmt abgesehen von den Unterschieden in der Funktionswei
se eines Keilgetriebes verglichen mit der eines Deformation
selementes mit den anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen
Spannvorrichtungen überein.
Die in Fig. 5 gezeigte Spannvorrichtung eignet sich insbe
sondere in solchen Anwendungsfällen, bei denen die Spannvor
richtung mehrteilig ausgebildet ist. Hierzu kann beispiels
weise vorgesehen sein, daß eines der beiden Gelenke 36, 37,
die hier vorzugsweise als Drehgelenke ausgebildet sind,
über einen Stift oder dergl. lösbar mit dem Joch 35 verbun
den ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Spannvorrichtung kann die
Montage des Maßbandes und der Spannvorrichtung an einem
Rundtisch in der Weise erfolgen, daß die beiden Baugruppen
der Spannvorrichtung, von denen z. B. eine aus einem He
bel 31, dem zugehörigen Gelenk 36 und dem zugehörigen
Keil 27 und die andere aus dem zweiten Hebel 32, dem zugehö
rigen Gelenk 37 mit samt dem Joch 35 und dem entsprechenden
Keil 28 besteht, erst innerhalb der Aussparung 55 des Rund
tisches 5 zu einer funktionsfähigen Spannvorrichtung 2 zu
sammengebaut werden.
Claims (26)
1. Winkelmeßsystem mit
- 1. einem spannbaren Maßband, das eine mittels einer Ab tasteinheit abtastbare Meßteilung aufweist und das zur Winkelmessung ringartig angeordnet wird, und
- 2. einer Spannvorrichtung, die mit mindestens einem Ende des Maßbandes verbunden ist und mit der das Maßband zur Festlegung der Position des Endes spannbar ist,
einen Übersetzungsmechanismus (3), über den ein Betäti
gungselement (41, 42) der Spannvorrichtung (2) mit
mindestens einem Ende (11, 12) des Maßbandes (1) derart
gekoppelt ist, daß durch Einwirken auf die Spannvorrich
tung (2) mittels des Betätigungselementes (41, 42) eine
durch die Übersetzung festgelegte Änderung der Position
des entsprechenden Endes (11, 12) des Maßbandes (1)
bewirkt werden kann.
2. Winkelmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Übersetzungsmechanismus (3) als Untersetzung
dient und eine Bewegung des Betätigungselementes (41,
42) entlang eines ersten Weges (dH) in eine Bewegung des
Endes (11, 12) des Maßbandes (1) entlang eines zweiten,
kürzeren Weges (S) umsetzt.
3. Winkelmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Übersetzungsmechanismus (3) durch
mechanische Koppelelemente (20, 25, 31, 32) gebildet
wird, über die das Betätigungselement (41, 42) mit
mindestens einem Ende (11, 12) des Maßbandes (1) gekop
pelt ist.
4. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (41,
42) über den Übersetzungsmechanismus (3) mit beiden
Enden (11, 12) des Maßbandes (1) gekoppelt ist.
5. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Übersetzungsmechanis
mus (3) einen Hebel (31, 32) mit zwei Hebelarmen (33,
34) umfaßt, von denen der erste dem Betätigungsele
ment (41, 42) und der zweite dem Ende (11, 12) des Maß
bandes (1) zugeordnet ist, und daß der erste
Hebelarm (33) länger ist als der zweite Hebelarm (34).
6. Winkelmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel (31, 32) um ein Gelenk (36, 37) in Form
eines Drehgelenkes verschwenkbar ist.
7. Winkelmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel (31, 32) um ein Gelenk (36, 37) in Form
eines Biegegelenkes verschwenkbar ist.
8. Winkelmeßsystem nach Anspruch 4 und einem der Ansprü
che 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überset
zungsmechanismus (3) zwei Hebel (31, 32) umfaßt, die zur
Kopplung des Betätigungselementes (41, 42) mit jeweils
einem Ende (11, 12) des Maßbandes (1) dienen.
9. Winkelmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Hebel (31, 32) über ein Joch (35) mitein
ander verbunden sind und daß an dem Joch (35) zwei
Gelenke (36, 37) vorgesehen sind, wobei um jedes Ge
lenk (36, 37) einer der Hebel (31, 32) verschwenkbar
ist.
10. Winkelmeßsystem nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gelenke (36, 37) einstückig in das
Joch (35) integriert sind.
11. Winkelmeßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Joch (35), die Gelenke (36, 37) und die
Hebel (31, 32) als einstückige Baueinheit ausgebildet
sind.
12. Winkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hebel (31, 32)
als voneinander separate Bauteile ausgebildet sind.
13. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Übersetzungsmecha
nismus (3) eine Kraftumlenkung (20, 25) umfaßt, auf die
das Betätigungselement (41, 42) entlang einer ersten
Richtung (W) einwirkt und die eine Bewegung im wesentli
chen senkrecht zur Wirkrichtung (W) des Betätigungsele
mentes (41, 42) erzeugt, die zu einer Änderung der Posi
tion mindestens eines Endes (11, 12) des Maßbandes (1)
führt.
14. Winkelmeßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die senkrecht zur Wirkrichtung (W) erzeugte
Bewegung entlang eines kürzeren Weges (x) erfolgt als
die auf die Kraftumlenkung (20, 25) einwirkende Bewe
gung des Betätigungselementes (41, 42).
15. Winkelmeßsystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kraftumlenkung (25) ein Keilge
triebe (26, 27, 28) aufweist und das Betätigungsele
ment (41) auf ein Element (26) des Keilgetriebes (26,
27, 28) einwirkt.
16. Winkelmeßsystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kraftumlenkung (20) ein Deformati
onselement (21) aufweist, auf das das Betätigungsele
ment (41, 41) einwirkt und das quer zur
Wirkrichtung (W) des Betätigungselementes (41, 42)
verformbar ist.
17. Winkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 12 und
einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftumlenkung (20, 25) über mindestens einen
Hebel (31, 32) mit mindestens einem Ende (11, 12) des
Maßbandes (1) gekoppelt ist.
18. Winkelmeßsystem nach Anspruch 11 und 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kraftumlenkung (20), das Joch (35),
die Gelenke (36, 37) und die Hebel (31, 32) als ein
stückige Baueinheit ausgebildet sind.
19. Winkelmeßsystem nach einem, der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsele
ment (42) als Exzenter ausgebildet ist.
20. Winkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (41)
als längsbewegbares Element, insbesondere als Stell
schraube, ausgebildet ist.
21. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (11,
12) des Maßbandes (1) mittels der Spannvorrichtung (2)
aneinander anlegbar sind.
22. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (11,
12) des Maßbandes (1) mittels der Spannvorrichtung (2)
derart positionierbar sind, daß zwischen den beiden
Enden (11, 12) eine Lücke verbleibt.
23. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrich
tung (2) in eine Aussparung (55) eines von dem Maß
band (1) umgebenen Körpers (5), insbesondere eines Rund
tisches, einsetzbar ist.
24. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrich
tung (2) mindestens ein Lagerelement (37, 38) aufweist,
über das sich die Spannvorrichtung (3) an einer Stütz
fläche (58, 59) eines von dem Maßband umgebenen Kör
pers (5) abstützen kann.
25. Winkelmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Maßband (1) auf
einem ringförmig anordenbaren Grundband (10) angebracht
ist, daß zwischen dem Maßband (1) und dem Grund
band (10) eine Gleit- oder Entkoppelschicht vorgesehen
ist und daß die Spannvorrichtung (2) ausschließlich an
dem Maßband (1) angreift.
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