DE2209845A1 - Meßgerät, insbesondere Lagerung für Meßfühler - Google Patents
Meßgerät, insbesondere Lagerung für MeßfühlerInfo
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Description
Dipl. Ing. H. Hauck - Diol Phys. W. Schmitz
Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. |rn. W. Wehnert
8 München 2, Mczariiü-aCe 23
Telefon 5380586
Tue Bendix Corporation
Executive Offices .Anwaltsakte M-2065
Bendix Center
SoutSifield ,Mich.48075 ,USA 29, Februar 1972
Meßgerät, insbesondere Lagerung für Meßfühler
Die Erfindung steht unter engem Bezug zur gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung: "Meßgerät, insbesondere Lagerung
für Meßfühler" vom I.März 1972, Aktenzeichen
Die genannte, gleichzeitig anhängige Anmeldung bezieht sich insbesondere auf Meßgeräte mit einem Fühler, welcher durch
einen Schlitten mit ^einschub entlang der Y-Achse bewegbar ist„ Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte, deren Laufwerke
bzw. Schlitten entlang der X-, Y- und Z-Achse verlagerbar sind.
Geräte bekannter Art sind gewöhnlich mit mehreren Präzisionswälzlagern bzw, Kugellagern versehen, da die Schlitten an
gewissen Punkten sowohl gegenüber vertikaler als auch gegen-
über seitlicher Belastung abzusichern sind. Da diese lager
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ι _
die Bewegung entlang der feingeschliffenen Schienen führen,
müssen sie gegenseitig und bezüglich der Schienen genau eingestellt werden. Da die Lager Präzisionsteile darstellen,
sind sie verhältnismäßig teuer. Somit entfällt ein beträchtlicher Anteil der Herstellungskosten dieser Meßgeräte auf
die Schlittenlagerung und auf den Aufbau der Schienen. Es wurden bereits Versuche unternommen, mit Hilfe eines einzelnen
Lagers entsprechende Abstützung in zwei Ebenen herbeizuführen, um die erwähnten Kosten herabzusetzen. Zu diesem
Zweck bediente man sich teurer V-Nutführungen, deren erforderliche
Peinbearbeitung sehr aufwendig und damit teuer ist.
Geräte bekannter Art sind des öfteren mit einem vertikalen, zur Stabilisierung dienenden Stabkörper versehen, welcher am
den Fühler tragenden Schlitten der X-Achse und am Schlitten der Y-Achse angebracht ist. Der Schlitten der X-Achse wird
mit Hilfe von Lagersätzen getragen, welche rechtwinklig zueinander auf einer runden bzw. rechtwinkligen Schienenführung
laufen. Das Ende des Stabkörpers läuft auf einer vertikalen Fläche, die parallel zur Schiene der X-Achse ausgerichtet
ist, um eine Stabilisierung des Schlittens der X-Achse gegenüber Verwerfungen oder Verwindungen abzusichern, welche durch
den Überhang des Trägers der Y-Achse entstehen könnten· Außerdem soll vermieden werden, daß die an den Laufflächen
bestehenden Ungenauigkeiten unter Verstärkung auf den Fühler
übertragen werden·
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Diese Anordnung unterliegt zu starken, sich verändernden Bewegungen des Fühlers entlang der Y-Achse als Folge der
baulichen Auslenkungen oder Verwerfungen, welche durch das sich verlagernde Gewicht des Schlittens der' X-Achse während
seiner Meßbewegungen ausgelöst sind. Außerdem bedingt der Stabkörper eine große vertikale Abmessung des Gerätes, was
zu einem unhandlichen Aufbau desselben führt.
Um die genannten Nachteile zu beseitigen, ist das Meßgerät gemäß der Erfindung mit sogenannten "Spindel"-Lagern bzw.
Laufrollen versehen, welche auf an der Außenseite zylindrischen oder teilzylindrischen Flächen laufen und eine Abstützung
in zwei Ebenen gewährleisten. Diese Anordnung ist mit einem Minimum von Kosten der Laufflächen, mit einer geringeren
Anzahl der Lager und mit weniger Einstellungen der Lager verbunden.
Die Geometrie der X-Achse und des Stabilisierungskörpers als auch die Verwendung der Lagerabstützung umfaßt den Einsatz
der sogenannten Spindellager, um den Schlitten der X-Achse zu tragen. Die Anordnung umfaßt ferner einen horizontal
sich erstreckenden Stabilisierungs-Stangenkörper, v/elcher zusammen mit der vorangehend erwähnten Lagerung dazu beiträgt,
die Bewegung des Fühlers entlang der Y-Achse als Folge baulicher Verwindungen auf ein Minimum zu reduzieren«, Zudem
wird das Gerät kompakter ausgebildete
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Figur 1 ist eine Perspektivansicht eines Meßgeräts gemäß der Erfindung ohne Abdeckung, unter Darstellung
der Lagerung, der Laufschiene und weiterer Bauteile;
Figuren sind zum Teil geschnittene Seitenansichten der 2 und 3
unteren und oberen Bestandteile des in Fig.1
dargestellten Meßgerätes;
Figur 4 ist eine Vorderansicht des unteren Teile;
Figur 5 ist eine Schnittansicht von Linie 5-5 in Fig.3;
Figur 6 ist eine -Schnittansicht von Linie 6-6 in Fig.5;
Figur 7 ist eine Schnittansicht von Linie 7-7 in Fig.4;
Figur 8 ist eine Schnittansicht von Linie 8-8 in Fig.5;
Figuren sind schematische Darstellungen der Kraftver-9 und 10
teilung als Folge des Schlittengewichtes in Richtung der Y-Achse, dargestellt an einem Gerät
gemäß der Erfindung und an einem zum Stand der Technik gehörenden Gerät,
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In den Zeichnungen und insbesondere in Pig»1 derselben ist
das Meßgerät 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Das Gerät umfaßt einen Basisteil 12, ein Laufwerk bezw. einen Schlitten
14 der X-Achse, welcher auf einer Schiene 16 rollbar ist, einen auf einer Schiene 20 rollbaren Schlitten 18 der Y-Achse
und eine Meßsonde bezw. einen Meßfühler 22, welcher bezüglich des Laufwerkes 18 der Y-Achse frei in vertikaler Bewegung .
geführt ist.
Das Gerät ist mit Mitteln versehen, welche die Bewegung der Laufwerke entlang der Y- und X-Achse anzeigen und welche
wahlweise auch die nach oben und nach unten gerichtete Bewegung des Meßfühlers 22 wiedergeben. Die beschriebenen Mittel
besitzen die Form eines elektro-optischen Systems, welches unter Verwendung eines an der Seite der Schiene 16 befestigten
Rasters 24 und eines zugehörigen, am bewegbaren Schlitten 14 der X-Achse befestigten Abtastkopfes 26 arbeiten kann.
Bei Bewegung des Schlittens 14 der X-Achse werden der Position entsprechende Signale von einem Anzeige- oder Lesegerät
26 erzeugt. Ein auf dem Tisch 28 befestigter Teil kann also unter Verwendung des Meßfühlers 22 gemessen werden, wenn der
Meßfühler in die dem zu messenden Teil entsprechenden Positionen gebracht wird.
Da dieses System keinen Bestandteil der Erfindung darstellt und als an sich bekannt anzusehen ist, erübrigt sich eine
ins Einzelne gehende Beschreibung desselben,
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In den Pign. 2 und 4 ist der untere Teil des Meßgerätes im einzelnen dargestellt.
Die Basis 12 umfaßt ein Paar unterer Kastenträger 30 und 32, welche sich quer zur Basisunterseite erstrecken und welche
das Gerät auf einem Tisch oder auf einer anderen Fläche mit Hilfe von Nivellierelementen 34 abstützen. Die Basis 12 ist
fernerhin mit einem oberen Kastenträger 36 ausgestattet, welcher mit an ihm und an den unteren Kastenträgern 30 und
32 angeschweißten Querkörpern 38,29 und Seitenplatten 40 und 42 einen Kastenrahmen bildet.
Der Tisch 28 ist mit Hilfe eines Paars verstellbarer Lagerpolster bzw. Lagerblöcke 44 auf der Basis 12 abgestützt.
Die Lagerblöcke 44 stützen sich ihrerseits auf einer Bodenplatte 46 ab, welche an den Seitenplatten 40 und 42 als auch
an den Querkörpern 38 und 39 angeschweißt ist. Die Abstützung des Tisches umfaßt ferner ein kugelförmiges Auflager 48, das
auf einem Querstück 50 abgestützt ist und den vertikalen und
horizontalen Schwenkpunkt zur Verstellung des Tisches 28 in diesen Ebenen bildet.
Um den Tisch zu nivellieren bzw, in seiner Höhe einzustellen,
können die Lagerklötze 44 durch die öffnungen 52 und 54 in ihrer Höhenlage eingestellt werden,
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Nach Befestigung des auf dem Tisch 28 zu messenden Teils ist
es erforderlich, den Tisch in horizontaler Ebene einzustellen, um die Achse des Teils mit der Maschinen- "bzw. Geräteachse
auszurichten. Zu diesem Zweck ist eine Verstellstange 56 vorgesehen; diese ist an einem Zapfen 58 angebracht, welcher
einstückig mit einem selbstfluchtenden Lager 60 "besteht. Das Lager 60 seinerseits wird durch ein Gehäuse 62 getragen, das
mittels Bolzen an der Unterseite des Tisches 28 angebracht ist. Die Verstellstange 56 greift mittels Gewinde bei 64 in
den Querkörper 38 ein, so daß der Tisch bei Drehung des Verstellknopfes 66 in horizontaler Ebene um das Kugellager 48
verschwenkt wird.
Am oberen Kastenträger 36 ist ein Schienenträger 68 angeschweißt. Am Schienenträger sind Laufflächen 70 angeschliffen.
Diese als auch der Rasterstreifen 24 werden nachfolgend ausführlich erläutert.
Die Basis 12 ist fernerhin mit einem präzisionsgeschliffenen Rohr 72 versehen, welches mit Hilfe der Seitenplatten 40 und
42 unter Verwendung von Planschen 74 und 76 und von Verstellbolzen
78 angebracht ist. Das Rohr kann infolge seiner Lagerung bezüglich der Laufflächen 72 ausgerichtet werden.
Der Schlitten der X-Achse ist mit Hilfe eines Paars von "Spindel"-Lagern bzw. laufrollen 80 und 82 nachfolgend
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ausführlicher beschriebener Bauform auf den Laufflächen 70
rollbar. Die Laufrollen werden durch ein Paar von am Kastenträger 88 angebrachten G-ehäusekörpern 84 und 86 getragen.
Am Kastenträger 88 ist ein zur Stabilisierung dienender Träger 90 angeschweißt, welcher sich in den Raum unterhalb
der Bodenplatte 46 erstreckt und welcher am bezüglich des Trägers 88 entegegengesetzten Ende von einer Rolle 92 geführt
ist. Die Rolle 92 läuft auf dem präzisionsgeschliffenen Rohr 72, um die Kippbewegung des Schlittens 14 der X-Achse
zu steuern, wie nachfolgend ausführlicher dargelegt ist.
Um den Schlitten 14 gegenüber einer Bewegung entlang der Schiene 70 zu verriegeln bzw. abzusichern und um eine Pein-Einstellung
dieser Bewegung herbeizuführen, wird ein Feinschub- und Klemmmechanismus 94 verwendet. Dieser Mechanismus
ist in der gleichzeitig anhängigen deutschen Patentanmeldung P beschrieben und dargestellt.
Der Mechanismus umfaßt eine Bremsstange 96 und eine mit Gewinde versehene Verstellstange 98. Beide Stangen sind drehbar
in den Seitenplatten 40 und 42 gelagert und können mit Hilfe von als Verlängerung dienenden Stangen 100 und 102 und
mit Hilfe rechtwinkliger Triebe 104 und 106 in Umdrehung
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versetzt werden. Ein Greifgelenk 108 ist verschwenkbar an
einer am Träger 90 befestigten Strebe 110 angeordnet. Bei
Drehung der Stange 102 kann man den Schlitten entlang der X-Achse unter Feinschub gegen den Reibungseingriff der
Bremsstange 96 und des Greifgelenkes 108 bewegen. .
In den Fign. 3 und 5 ist der obere Teil des Meßgerätes 10
im einzelnen dargestellt.
Das Meßgerät umfaßt einen vertikal sich erstreckenden Träger bzw. Ständer 112, v/elcher am Kastenträger 88 (Fig.7) angeschweißt
ist» Ein horizontal sich erstreckender Träger 114 ist zwischen Blöcken 116 und 118 am Ständer festgeklemmt.
Die Blöcke 116 und 118 sind ihrerseits mittels Kappenschrauben 120 am Aufsatz 122 des Ständers angeschraubt. Um
den Träger 114 recthwinklig zu den Laufflächen der X-Achse auszurichten, sind die Blöcke 124 und 126 mit verstellbaren
Klemmbolzen 128 ausgestattet.
An der Oberseite des Trägers 114 ist eine obere Schiene aufgeschweißt. Die Schiene 130 weiet angeschliffene Laufflächen
132 auf.
An der unteren Kante des Trägers 114 befindet sich eine untere Schiene 132, an welcher eine vertikal befindliche
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Lauffläche 136 angeschliffen ist. Die untere Schiene 134 ist mit Hilfe von Kappenschrauben 138 verstellbar am Träger
angebracht, so daß der Schlitten der Y-Achse entlang seiner Bahn rechtwinklig dazu"verläuft.
Am !'rager 114 ist außerdem das Raster 140 der Y-Achse angebracht,
wobei ein Abtastkopf 141 vom Schlitten 18 getragen wird.
Der Schlitten 18 der Y-Achse stützt sich mit Hilfe eines Paars von Laufrollen 142 und 144 auf dem Träger 114 ab. Die
Laufrollen sind am Schlitten 18 gelagert und liegen an den oberen Laufflächen 132 an. Die Abstützung umfaßt ferner
ein horizontal befindliches, kugelförmig ausgebildetes Lager bzw. eine Laufrolle 146, welche gleichfalls am Schlitten 18
drehbar gelagert ist.
Um zu gewährleisten, daß die drei Lager bzw. Laufrollen 142, 144 und 146 bündig an den oberen und unteren Schienen 130
und 134 anliegen, wird ein Paar federgespannter Rollen 148 und 150 benutzt. Diese liegen an den Laufflächen 152 und 154
der unteren Schiene 134 an.
Wie im einzelnen aus Pig.6 zu entnehmen ist, ist jede dieser
Rollen drehbar auf einer Blattfeder 156 gelagert, die in
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einer Strebe 158 angebracht ist0 Die Strebe ihrerseits wird
von einer am Laufwerk 18 angebrachten Strebe 160 gehalten.
Eine Stellschraube 162 wird verwendet, um die Rollen unter
ausreichendem Druck an die Laufflächen 152 und 154 anzudrücken
und um einen bündigen Kontakt der Laufrollen 142-146 zu gewährleisten, wenn Messungen durchzuführen sind.
Eine ins einzelne gehende Beschreibung der Vorteile der Schienen- und Laufrollenanordnung ist in der oben genannten,
gleichzeitig anhängigen Anmeldung gegeben.
Unter Bezugnahme auf die Fign. 9 und 10 v/erden die Vorteile
des Lagers unter Bezugnahme auf den Schlitten 14 der X-Achse
als auch die Vorteile aus der Geometrie des Schlittens der X-Achse erläutert.
Wie bereits erwähnt, sind Geräte bekannter Bauart gewöhnlich mit einer Stabilisierungsstange versehen, welche in Fig.10
als unterer Teil 204 des Trägers 202 dargestellt ist. Der Zweck der Stabilisierungsstange besteht darin, der Bewegung
entgegenzuwirken, welche durch das durch den Körper 206 dargestellte Gewicht ausgeübt wird, ohne zu starke Verwindungen
von Teilen oder mechanische Verstärkungen der Ungenauigkeiten der X-Achsenschiene in Kauf nehmen zu müssen»
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Infolgedessen wurde der untere Teil 204 als Verlängerung nach unten geführt und so angeordnet, daß er mit Hilfe
einer Rolle 212 entlang einer unteren Führungsschiene 210
läuft. Der untere Teil 204 und der Fühler wird mit Hilfe der Führungsschiene 210 eingestellt, so daß geometrische
Ungenauigkeiten infolge der Baulänge des unteren Teils durch
den Fühler nicht verstärkt werden. Gleichzeitig ist eine verhältnismäßig geringe Reaktionskraft F1 verfügbar, um das
durch den Schlitten der X-Achse ausgelöste Drehmoment zu "bewältigen.
Das Gewicht des Schlittens ¥ wird durch ein Paar von Rollen 214 getragen, welche auf der oberen Lauffläche 216 eine
Reaktionskraft F2 erzeugen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die beschriebene
Anordnung beträchtliche und sich verändernde Fehlbewegungen des Meßfühlers in Richtung der Y-Achse auslöst, wenn der
Fühler in gleicher Richtung bewegt wird.
Diese Fehlbewegungen werden durch zwei Größen bestimmt: Das Bestehen der Reaktionskraft F1 erfordert eine entgegengesetzt
gerichtete Kraft, um die Summe der Horizontalkräfte bzw. der F1-Kräfte Null werden zu lassen. Da die Rolle
nicht in der Lage ist, dieser Reaktion entgegenzuwirken,
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ist eine zweite Rolle 218 erforderlich, welche gewöhnlich auf der Lauffläche 220 läuft, um eine Führung in der X-Y-Ebene
zu gewährleisten und um eine Reaktionskraft P^ zu erstellen.
In anderen Worten ausgedrückt, infolge des Bestehens des Reaktionspunktes von P1 erzeugt- der Schlitten 206 ein Moment
M um diesen Punkt, welchem die Rolle 214 nicht widerstehen kann. Dies erfordert den Einsatz der Rolle 218.
Da die Rolle 218 rechtwinklig zur Richtung der Kraft F~ angeordnet
ist, unterliegt ihre Welle 222 Biegebelastungen, was zu zu starken Auslenkungen der Welle führt. Diese verändern
sich mit dem Moment, welches durch den sich bewegenden
Schlitten erzeugt wird. Als Folge davon wird eine beträchtliche Fehlbewegung des Fühlers entlang der Y-Achse
hervorgerufen, da der Schlitten der X-Achse und der Träger die Neigung besitzen, in Richtung der Y-Achse zu kippen.
Dieses Problem v/ird durch die Anordnung der Lagerung und infolge der in Pig.9 dargestellten Geometrie vollständig
gelöst. In der in Pig.9 ersichtlichen, schematisch dargestellten
und der vorangehend erwähnten Konstruktion entsprechenden Anordnung erstreckt sich die Stabilisierungsstange quer zum Schlitten 14 der X-Achse, d.h. rechtwinklig
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dazu. Die Rolle 92 läuft wie beschrieben auf dem horizontalen Rohr 72. So wirkt die Reaktionskraft P1 zwischen der
Rolle 92 und dem Rohr 72 entlang einer vertikalen Wirklinie. Das oben beschriebene Problem des Ungleichgewichts der
Kräfte in Querrichtung ist infolgedessen nicht vorhanden, da sich die vertikale Kraft dem an den oberen Rollen 80 und
82 bestehenden Gleichgewicht vertikaler Kräfte addiert bzw. von diesem absorbiert wird. In anderen Worten, das um das
Rohr 72 durch das Gewicht W des Schlittens ausgeübte Drehmoment kann durch die vertikale gerichtete Reaktionskraft 'Jf2
an der oberen Laufrolle ausgeglichen werden,
Darüberhinaus haben alle seitlichen, auf die Rollen 80 und 82 ausgeübten Führungskräfte lediglich Druckspannungsbelastungen
an den Wellen 187 zur Folge, also keine Biegung in zwei Ebenen. Auslenkungen bzw. Verwerfungen werden also
im Vergleich zu Biegebelastungen bei einer bestimmten Last wesentlich geringer. Die Folge ist eine wesentlich geringere
Fehlbewegung entlang der Y-Achse, wenn der Schlitten 18 bewegt wird.
Natürlich verbleiben sich verändernde Momente und Biegebelastungen
an den Laufrollen 80 und 82, welche die Neigung besitzen, eine Bewegung in Richtung der Z-Achse auszulösen;
diese Wirkung ist indessen an einem zwei Achsen umfassenden Gerät als weit weniger bedeutend anzusehen.
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Claims (3)
1. Meßgerät mit einer Basis, einem ersten Schlitten, welcher entlang einer ersten Richtung bewegbar und auf einem
zweiten, entlang einer zweiten Richtung bewegbaren Schlitten getragen ist, und mit einem durch den ersten
Schlitten getragenen Fühler, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schlitten (14) einen oberen, horizontalen
Träger (114) aufweist, _v/elcher den ersten Schlitten (14)
entlang der ersten Richtung (Y) verlagerbar trägt, daß ein vertikaler Ständer (112) am Träger (114) angebracht
ist, wobei ein unterer, horizontal sich erstreckender und zur Stabilisierung dienender Stangenkörper (90) parallel
zum Träger (114) verläuft und an einem Ende bezüglich des vertikalen Ständers (112) fixiert ist, daß der zweite
Schlitten (14) erste Lagermittel (82,84) aufweist, welche mit einem ersten, an der Basis (12) nahe dem vertikalen
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Ständer angebrachten und parallel zur zweiten Richtung (X) sich erstreckenden Schienenträger (68) zusammenwirken,
und daß zv/eite Lagermittel (92) am freien Ende der zur Stabilisierung dienenden Stange (90) angebracht sind und
mit einem zweiten Schienenträger (72) zusammenwirken, so daß der zweite Schlitten (14) geführt und gegenüber einer
durch Bewegung des ersten Schlittens (18) induzierten Kippbewegung abgesichert ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten lagermittel (82,84;92) aus Laufrollen
bestehen, deren Drehachsen parallel zur ersten Richtung (Y) liegen, und daß jeder der verschiedenen Träger unterhalb
der zugehörigen Laufrollen angeordnet ist,
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten Lagermittel wenigstens eine Laufrolle umfassen, die ein Paar vom Außenumfang schräg nach innen verlaufender
Lagerflächen (132) aufweist, und daß der Schienenkörper mit einem Paar mit den Lagerflächen zusammenwirkender
Laufflächen versehen ist.
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