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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Meßgerät mit linearer Skala, und insbesondere
eine Verbesserung an einem Meßgerät mit einem hohlen Gehäuse, mit einer linearen
Skala, die in dem hohlen Gehäuse untergebracht ist, und mit einem längs der linearen
Skala verschiebbaren Zeiger.
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Zur Längenmessung für die Bestimmung oder Justierung der relativen
Lagen von zwei Objekten sind Meßgeräte mit linearer Skala entwickelt worden. Ein
Beispiel für ein solches herkömmliches Meßgerät mit linearer Skala ist in den Figuren
1 bis 3 dargestellt. Ein rohrförmiges, hohles Gehäuse 10 aus Aluminium hat einen
im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und wird beispielsweise durch Kaltziehen
hergestellt; das Gehäuse ist an einem der Elemente angebracht, deren relative Lagen
gemessen werden sollen; in einer Längsnut AOa, die in dem hohlen Gehäuse 10 ausgebildet
ist, wird das untere Ende einer linearen Skala 12 aus Glas aufgenommen, die elastisch
über eine Gummistange 14 und ein elastomeres Bindemittel 16, wie beispielsweise
Silikon-Kautschuk, mit dem hohlen Gehäuse 10 verbunden ist; ein Meßabschnitt 20
ist an dem anderen Element angebracht, dessen relative Lage gemessen werden soll.
Ein als Schieber ausgebildeter Zeiger 22 ist über eine Verbindungseinrichtung, die
eine Auslegerfeder 24 aufweist, mit einem Arm 20a verbunden, die am unteren Bereich
des Meßbereiches 20 ausgebildet ist; ein Ende der Auslegerfeder 24 ist an dem Arm
20a angebracht, während das andere Ende beispielsweise auf einen konischen Vorsprung
23 aufgesetzt und dadurch dort fixiert wird (siehe Fig. 3); der Schieber 22 kann
längs der linearen Skala 12 bewegt werden, wobei er durch die Auslegerfeder 24 in
eine Richtung vorgespannt wird, die zu einem Anlagekontakt mit der Oberfläche der
linearen Skala 12 führt.
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Auf dem Schieber 22 sind Projektionselemente 26 angeordnet.
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Außerdem ist an dem Schieber 22 eine Indexskala 28 angebracht. Empfangselemente30
sind an dem Schieber 22 an Stellen vorgesehen, die den erwähnten Projektionselementen
26 daß/. - - - - -gegenueriiegen, so sie die von den ProJettlonselementen 26 emittierten
Strahlen aufnehmen und durch eine eingeteilte Skala 12a der linearen Skala 12 und
eine eingeteilte Skala der Indexskala 28 weiterleiten können.
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Gleitblöcke 32, 33 bilden eine Bahnführung, um einen vorgegebenen
Abstand zwischen einer eingeteilten Oberfläche 12b oder einer Stirnfläche der linearen
Skala, die als Bezugsfläche für die Abtastbewegung des Schiebers 22 gilt, und dem
Schieber 22 beizubehalten. Ein riemenähnliches Stahlband 34 dient dazu, das Eindringen
von Staub oder anderen Fremdkörpern von außen in das hohle Gehäuse 10 zu verhindern.
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In das hohle Gehäuse 10 sind schließlich Magnete 36 eingebettet, um
das Stahlband 34 anzuziehen.
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Ein solches herkömmliches Meßgerät mit linearer Skala hat die folgende
Funktionsweise: Das hohle Gehäuse 10 wird an einem der Objekte angebracht, das sich
relativ zu dem anderen bewegt, während der Meßbereich an dem anderen Objekt befestigt
wird; wenn nun eine Relativbewegung in einer Richtung senkrecht zur Papierebene
in Fig. 1 zwischen dem hohlen Gehäuse 10 und dem Meßbereich durchgeführt wird, ändert
sich die Menge bzw. Intensität der Strahlen, die von den Projektionselementen 26
abgestrahlt worden sind und durch die eingeteilten Skalen der Indexskala 28 und
der linearen Skala 12 verlaufen; diese .Enderung der Menge der durchgelassenen Strahlen
wird durch die Empfangselemente 30 festgestellt, wodurch eine Relativbewegung zwischen
dem hohlen Gehäuse 10 und dem Meßbereich 20 gemessen werden kann.
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Ein Meßgerät mit linearer Skala des oben beschriebenen Typs bietet
den wesentlichen Vorteil, daß der Wert der relativen
Verschiebung
zwischen zwei Objekten sehr genau ermittelt werden kann. Bei einem herkömmlichen
Meßgerät mit linearer Skala werden jedoch die abgestufte bzw. eingeteilte Oberfläche
12b der linearen Skala 12 und eine Stirnfläche 12c der linearen Skala, die senkrecht
zu der eingeteilten Oberfläche 12b verläuft, als Abtast-Bezugsoberfläche für den
Schieber 22 verwendet; um die Meßgenauigkeit zu verbessern, müssen jedoch nicht
nur die eingeteilte Oberfläche 12b mit sehr großer Genauigkeit als ebene Fläche
ausgestaltet werden, also insbesondere sehr fein poliert und fertig gearbeitet werden,
sondern auch die Stirnfläche 12c der linearen Skala, um die Stirnfläche 12c der
linearen Skala sehr exakt in eine parallele Lage zu der abgestuften bzw. skalierten
Skala 12a zu bringen. In der Praxis ist es jedoch extrem aufwendig und kompliziert,
die Stirnfläche 12c der linearen Skala -12 exakt flächig herzustellen; selbst wenn
dies möglich sein sollte, steigen dadurch die Herstellungskosten beträchtlich. Dies
gilt insbe-sondere dann, wenn die Stirnfläche 12c der linearen Skala 12 über Gleitblöcken
33 mit dem Schieber 22 in Eingriff ist, wie es oben beschrieben wurde; denn dann
muß die Stirnfläche 12c der linearen Skala nicht nur mit großer Genauigkeit als
ebene Fläche ausgebildet werden, sondern die Rauhigkeit der Oberfläche muß sehr
fein bzw. gering sein; dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Herstellungskosten.
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Andererseits könnte man das herkömmliche Meßgerät in der Weise weiterentwickeln,
daß eine der Abtastbezugsoberflächen für den Schieber 22 durch die eingeteilte Oberfläche
12b der linearen Skala 12 in ähnlicher Weise wie bei der herkömmlichen Ausführungsform
gebildet wird, während die Abtastbezugsoberfläche durch die innere Oberfläche des
hohlen Gehäuses 10 gebildet wird. Das hohle Gehäuse 10 wird jedoch aus gezogenem
Aluminium hergestellt, so daß im Verlaufe der Fertigung zwangsläufig Krümmungen
und Wellen an dem hohlen Gehäuse auftreten; außerdem kann das hohle Gehäuse sich
aufgrund der Abnutzung etwas verformen; dies trägt dazu bei,
daß
es schwierig wird, bei dieser Ausführungsform über einen langen Zeitraum den benötigten
Genauigkeitsgrad für die Messung aufrechterzuerhalten.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Meßgerät mit
linearer Skala vorzuschlagen, bei die oben er -wähnten Nachteile nicht auftreten.
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Insbesondere soll ein Meßgerät mit linearer Skala vorgeschlagen werden,
bei dem die Bahnführung einen geringen Bewegungswiderstand, eine hohe Verschleißfestigkeit
und eine hohe Führungsgenauigkeit für den Schieber aufweist.
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Um dies zu erreichen, weist ein Meßgerät mit linearer Skala nach der
vorliegenden Erfindung ein hohles Gehäuse, eine lineare, in dem hohlen Gehäuse unergebrachte
Skala und einen längs der linearen Skala beweglichen Schieber bzw. Zeiger auf, wobei
wenigstens ein Teil der Bahnführung für den Schieber drehbar an dem Schieber gehalterte
Kugellager und eine Führungsstange mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, die durch
das hohle Gehäuse und/oder die lineare Skala getragen wird und an ihrer äußeren
Umfangsfläche an Bereichen der beweglichen Oberflächen der Kugellager anliegt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Führungsstange durch
eine Stange aus poliertem bzw. glänzendem Stahl gebildet, so daß die Führung aus
preisgünstigen, jedoch gleichzeitig mit geringen Toleranzen und damit großer Genauigkeit
herstellbaren Elementen besteht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Beispiel eines herkömmlichen Meßgerätes mit linearer
Skala,
Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie II-II von Fig.
1, Fig. 3 einen Längsschnitt längs der Linie III-III von Fig. 1:, Fig. 4 einen Querschnitt
durch den Aufbau einer ersten Ausführungsform eines Meßgerätes mit linearer Skala
nach der. vorliegenden Erfindung, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Schiebers
bei der ersten Ausführungsform, und zwar in Richtung des Pfeils V in Fig. 4 gesehen,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines Meßgerätes
mit linearer Skala nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 7 einen Querschnitt durch
den Aufbau einer dritten Ausführungsform, und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht
des Zustandes, bei dem die lineare Skala und die Führungsstange mit der Oberfläche
des hohlen Gehäuses bei der dritten Ausführungsform verbunden werden, und zwar in
Richtung des Pfeils XIII in Fig. 7 gesehen.
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Wie man in den Figuren 4 und 5 erkennen kann, hat die erste Ausführungsform
des Meßgerätes mit linearer Skala nach der vorliegenden Erfindung einen Aufbau,
der sich von dem herkSmmlichen Aufbau durch folgende Maßnahmen unterscheidet: Ein
Teil der Bahnführung für den Schieber 22, der gemäß der Darstellung in den Zeichnungen
nach links und nach unten vorgespannt ist, wird durch Gleitblöcke 32 gebildet, die
beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt und an dem Schieber 22 auf die gleiche
Weise wie bei der herkömmlichen Ausführungsform angebracht sind; der Rest der Bahnführung
wird durch Lager, die drehbar durch Bolzen 40 an dem Schieber 22 gehaltert sind,
d.h., gemäß der Darstellung in den Fig. 4 und 5 durch Kugellager 42, sowie durch
eine Führung 46 gebildet, die aus einer Stange mit kreisförmigen Querschnitt aus
poliertem bzw. glänzendem Stahl besteht, mittels eines
Klebemittels
44 an einem abgestuften Bereich 11d des hohlen Gehäuses 10 angebracht und an Bereichen
der äußeren Umfangsoberfläche mit Bereichen der beweglichen Oberflächen der Kugellager
42 in Anlage ist. Als Lager 42 können beispielsweise Rollenlager, Nadellager oder
ähnliche Lager mit geringem Reibungskoeffizienten statt der oder zusätzlich zu den
Kugellagern verwendet werden. Weiterhin wird bei dieser Ausführungsform das hohle
Gehäuse 10 durch zwei Gehäuseteile 11a und lib gebildet, die jeweils im wesentlichen
die Form desBuchstabens "C" haben und an ihren unteren Enden miteinander verbunden
sind; die lineare Skala 12 ist in einer Nut 11d, die in einem der Gehäuseteile,
nämlich dem Gehäuseteil 11a ausgebildet ist, mit einem elastomeren Bindemittel 16
so angebracht, daß sie im wesentlichen horizontal verläuft.
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Das Eindringen von Staub und anderen Fremdkörpern wird durch einen
Mechanismus verhindertr der zwei flächige Gummiteile 48 aufweist, die in die oberen
Bereiche der Gehäuseteile 11a und 11b, die zusammen das hohle Gehäuse 10 bilden,
eingeführt und dort gehalten werden. Da diese Ausführungsform in Bezug auf die anderen
Bauteile der oben beschriebenen, herkömmlichen Ausführungsform ähnelt, werden diese
Bauteile nicht nochmals näher erläutert.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Schieber 22 durch eine Auslegerfeder
24 in der Richtung vorgespannt, die ihn in Anlage an die lineare Skala 12 und die
Führungsstange 46 bringt; als Ergebnis hiervon wird der Schieber 22 auf seiner Bahn
durch die Kombination der Gleitböcke 32, also dieser Beziehung ähnlich wie bei der
herkömmlichen Ausführungsform, sowie durch die Kugellager 42 und die Führungsstange
46 gemäß der vorliegenden Erfindung geführt. Dementsprechend haben die Kontaktoberflächen
eine geringere Fläche, und auch der Bewegungswiderstand ist im Vergleich mit dem
Fall verringert, daß die innere Oberfläche des hohlen Gehäuses 10 direkt als Führungsoberfläche
verwendet wird; dadurch ergibt sich eine glatte, stoßfreie Bewegung des Schiebers,
so daß sich die Meßgenauigkeit verbessern läßt. Außerdem kann ein Material, das
einen höheren Verschließwiderstand als das hohle Gehäuse 10 hat, als FUhrungsstange
46 verwendet werden, wodurch sich die Gefahr
von Verformungen aufgrund
von Verschleiß wesentlich reduziert; dadurch läßt sich eine hohe Meßgenauigkeit
über eine lange Zeitspanne aufrechterhalten. Weiterhin besteht die Führungsstange
46 aus einem Material mit kreisförmigem Querschnitt, so daß keine Krümmungen oder
Wölbungen auftreten können, wie es bei dem hohlen Gehäuse 10 der Fall ist; auch
dies trägt zu einer Verbesserung der Meßgenauigkeit bei.
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Bei dieser Ausführungsform wird eine Stange aus poliertem bzw. glänzendem
Stahl als Führungsstange 46 benutzt; dieses Material läßt sich leicht beziehen,
hat eine hohe Dimensionsgenauigkeit und -stabilität, und erfordert keine Polierung
seiner äußeren Oberfläche, so daß sich eine solche Führung die eine sehr hohe Genauigkeit
hat, mit geringen Kosten herstellen läßt.
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Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform das Eindringen von Staub
und anderen Fremdkörpern durch die Gummiklappen 48 verhindert, wodurch sich die
Konstruktion vereinfacht; der Meßbereich 20 und der Arm 20a können durch ein I-förmiges
Element verbunden werden, so daß der Meßbereich 20 eine kompakte Größe hat.
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Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Meßgerätes nach der vorliegenden
Erfindung. Diese Ausführungsform hat einen solchen Aufbau, daß bei einem Meßgerät
mit linearer Skala ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform zunächst die Führungsstange
46, die die Bahnführung für den Schieber 22 bildet, fest an der eingeteilten Oberfläche
12b der linearen Skala 12 mittels eines Klebemittels 50 angebracht wird; durch dieses
Klebemittel 50 bilden also die Linearskala 12 und die Führungsstange 46 eine Einheit;
diese Einheit wird dann mittels eines weiteren Klebemittels 51 mit dem abgestuften
Bereich 11d des Gehäuseteils 11a verbunden, in dem keine Nut vorgesehen ist. In
Bezug auf die anderen Merkmale ähnelt diese Ausführungsform der ersten Ausführungsform,
so daß sie nicht näher erläutert werden soll.
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Bei dies-er Ausführungsform bildet die Führungsstange 46 die Bahnführung
für den Schieber 22 und erfüllt gleichzeitig noch die folgende Funktion: Sie übt
einen Druck auf das linke Ende der linearen Skala 12 aus, so daß keine Nut in dem
Gehäuseteil 11a erforderlich ist; dadurch vereinfacht sich der Querschnittsumriß
des Gehäuseteils.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Diese Ausführungsform hat den folgenden Aufbau: Bei einem Meßgerät mit
linearer Skala, das der ersten Ausführungsform ähnelt, wird zunächst die Führungsstange
46, die die Bahnführung für den Schieber 22 bildet, fest an der eingeteilten Oberfläche
12b der linearen Skala 12 mit Hilfe eines Haft- bzw. Klebemittels 50 angebracht;
dadurch werden die lineare Skala 12 und die Führungsstange 46 zu einer Einheit miteinander
verbunden; diese Einheit wird dann mittels eines Klebe- bzw. Haftmittels 51 mit
dem abgestuften Bereich 11d des Gehäuseteils 11a uber Abstandsstücke 52 verbunden,
die an mehreren Stellen in Längsrichtung eingeführt werden. Diese Ausführungsform
ähnelt in den anderen Merkmalen der zweiten Ausführungsform, so daß sie nicht näher
erläutert werden soll.
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Bei dieser Ausführungsform wird das Haftmittel 51 vollständig in einen
Raum einge£üllt, der durch die Abstandsstücke 52 zwischen der linearen Skala 12,
der Führungsstange 46 und dem Gehäuseteil 11a ausgebildet ist, so daß sich eine
feste Verbindung zwischen diesen Teilen ergibt.
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Zusätzlich wird bei jeder der erläuterten Ausführungsformen ein Teil
der Bahnführung durch die Gleitblöcke und der Rest durch die Kugellager und die
Führungsstange gebildet. Der Aufbau der Bahnführung ist jedoch nicht auf diese Ausfühxungsform
beschränkt; so kann ein vorgegebener vertikaler Zwischenraum durch die Führungsstange
aufrechterhalten werden, die an der Bodenoberfläche des hohlen Gehäuses angebracht
ist; die Lager, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten für Drehbewegungen haben,
wie beispielsweise Kugellager,
werden drehbar auf dem Schieber
22 gehaltert, wobei keine Gleitblöcke erforderlich sind.
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Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen werden Kugellager
als Bahnführung für den Schieber 22 verwendet.
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Diese Kugellager können jedoch durch andere Lager ersetzt werden,
die einen niedrigerer Reibungskoeffizienten für Drehbewegungen, wie beispielsweise
Rollenlager und Nadellager Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird
der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung bei einem Meßgerät mit linearer Skala
eingesetzt, bei dem die eingeteilte Skala der Indexskala parallel zu den Rändern
der eingeteilten Skala ist. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist
jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt; der Grundgedanke der vorliegenden
Erfindung kann in ähnlicher Weise bei anderen Ausführungsformen von Meßgeräten eingesetzt
werden, die nach dem Moire-Verfahren arbeiten, wobei die Ränder der graduierten
Skala der Indexskala geneigt in Bezug auf die Ränder der graduierten Skala der linearen
Skala angeordnet sind.
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Wie oben beschrieben wurde, ist bei dem Meßgerät mit linearer Skala
nach der vorliegenden Erfindung die Kontaktfläche des Schiebers mit der Bahnführung
verringert, so daß sich der Bewegungswiderstand entsprechend reduziert; dadurch
kann der Schieber eine glatte, stoßfreie Bewegung ausführen, wodurch sich wiederum
die Meßgenauigkeit verbessert. Außerdem kann ein Material, das einen höheren VerschleißWiderstand
als das hohle Gehäuse hat, als Führungsstange eingesetzt werden, so daß die ursprünglich
vorhandene Meßgenauigkeit über eine lange Zeitspanne aufrechterhalten werden kann.
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Weiterhin wird ein stangenförmiges Material mit kreisförmigem Querschnitt
als Führungsstange verwendet, wodurch sich die folgenden Vorteile ergeben: Eine
solche Führungsstange hat nur extrem geringe Wölbungen und Krümmungen und damit
eine
sehr. hohe Oberflächengenauigkeit; außerdem gibt es keine Bezugsschwierigkeiten
für dieses Material, und schließlich kann eine solche Führungsstange auch preisgünstig
herge. -stellt werden.
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