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Anordnung mit mehreren Messtastern - Dokument DE202005002372U1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202005002372U1 25.05.2005
Titel Anordnung mit mehreren Messtastern
Anmelder Knäbel, Horst, Dipl.-Ing., 40667 Meerbusch, DE
Vertreter Kutzenberger & Wolff, 56244 Helferskirchen
DE-Aktenzeichen 202005002372
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 25.05.2005
Registration date 21.04.2005
Application date from patent application 15.02.2005
IPC-Hauptklasse G01B 7/02

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überprüfung der Maße oder Maßabweichungen eines mechanischen Werkstückes, bestehend aus mindestens einem Messtaster mit jeweils einem an einem Träger befestigbaren Gehäuse mit zwei getrennten Induktionsspulen und einem sich auf der Messoberfläche des Werkstückes abstützenden und aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff gebildeten Taststift, der als Kolben ausgebildet ist und einen als Hülse ausgebildeten Ablenkkörper trägt, wobei der Taststift mit dem Ablenkkörper durch eine Kraft in seine Messstellung bewegbar ist.

Ein derartiger Messtaster ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 195 12 836 bekannt. In dem durch eine der Abdichtung und der Führung der Hülse dienenden Platte abgedeckten Gehäuse dieses Messtasters befinden sich zur Bildung einer sogenannten Halbbrücke nebeneinander – eingebettet in zwei aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehenden Spulenträgern – eine Mess-Induktionsspule und eine Kompensations-Induktionsspule mit nach außen geführten Anschlussleitungen. Eine als Ablenkkörper wirkende Spulenkernhülse befindet sich auf dem Taststift und ragt in ihrer Ausgangsstellung nur geringfügig in die Mess-Induktionsspule hinein. Mit der Zunahme des Messweges steigt die Eintauchtiefe der Spulenkernhülse in die Mess-Induktionsspule an. Die Eintauchtiefe des der Kompensations-Messspule zugeordneten Ablenkkörpers ist zwar manuell einstellbar, bleibt aber vom Messweg und damit vom Hub des Taststiftes unbeeinflusst. Ein von dem Messtaster und dem Träger begrenzter Raum unterhalb der das Gehäuse abdeckenden Platte kann mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, durch das der Taststift am Werkstück zum Anliegen gebracht wird. Der dabei zurückgelegte Weg entspricht dem Messweg, der über die dabei auftretende Spannungsänderung zwischen den in Reihe geschalteten Induktionsspulen abgegriffen werden kann.

Da sich bei einem solchen Messtaster aber nur die Impedanz der Mess-Induktionsspule in Abhängigkeit vom Messweg ändert, ändert sich der Gesamtwiderstand im gleichen Maße und damit auch die Stromaufnahme, so dass sich das Messsignal nicht annähernd proportional dem Messweg verhält und der dafür erforderliche Messverstärker extrem unterschiedlich belastet wird. Aufgrund der unterschiedlich hohen Ströme wird der Messtaster auch thermisch unterschiedlich belastet, so dass mit einem solchen Messtaster auch bei hohem elektrischem Aufwand zur Linearisierung der Messwerte keine brauchbaren Messergebnisse zu erzielen sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde Anordnung zur Überprüfung der Maße oder Maßabweichungen eines mechanischen Werkstückes so auszugestalten, dass bei geringer Bauhöhe und einfacher Bauweise ein möglichst großer Messweg und eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus zwei schalenartigen, zumindest weitgehend gleich ausgebildeten und über Planflächen miteinander verbindbaren Gehäusehälften besteht, dass sich – von den Planflächen ausgehend – in jeder Gehäusehälfte Ausnehmungen für jeweils eine von miteinander fluchtenden Induktionsspulen gleicher Baugröße und deren Anschlussleitungen befinden und dass sich am äußeren Ende der beiden jeweils eine Induktionsspule aufnehmenden Ausnehmungen ebenfalls fluchtend gegenüberliegende Bohrungen zur Führung des koaxial durch die beiden Induktionspulen ragenden und beidendig aus den beiden Gehäusehälften nach außen geführten Taststiftes befinden.

Durch diese Ausgestaltung wird bei einfachstem Aufbau der Messtaster und bei einem verhältnismäßig großen zur Verfügung stehenden Messweg eine hohe Messgenauigkeit erreicht. Zusätzlich wird der Anwendungsbereich wesentlich erweitert und der Aufwand für den Zusammenbau, die Wartung und den Service reduziert.

Weitere Merkmale eines Messtasters gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 17 offenbart.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen

1 den grundsätzlichen Aufbau eines Messtasters gemäß der Erfindung im Schnitt,

2 eine Aufrissdarstellung eines in der Praxis einsetzbaren Messtaster im Schnitt,

3 einen Schnitt durch den Messtaster der 2 gemäß der Linie III – III und

4 eine Aufrissdarstellung einer weiteren Ausbildung eines Messtasters gemäß der Erfindung im Schnitt.

In den 1 bis 4 der Zeichnung ist jeweils ein Messtaster 1 gezeigt, der zur Überprüfung der Maße oder Maßabweichungen eines mechanischen Werkstückes dient, welches in der Zeichnung nicht eingezeichnet ist. Dieser Messtaster 1 besteht immer aus einem Gehäuse 3, welches gemäß der Erfindung aus zwei schalenartigen Gehäuseteilen 3a, 3b zusammengesetzt ist (1). Dabei sind beide Gehäuseteile 3a, 3b im Bereich von spiegelbildlich zueinander ausgebildeten Planflächen 4 in vorteilhafter Weise durch Klebung fest miteinander verbunden. Aus Funktions- und Fertigungsgründen ist es zweckmäßig, dass beide Gehäuseteile 3a, 3b identisch ausgebildet sind. Jedes der beiden Gehäuseteil 3a, 3b besitzt eine zu seiner Planfläche 4 vollkommen offene, zylindrische Aussparung 5, in die jeweils eine Induktionsspule 6 eingesetzt ist. Beide Induktionsspulen 6 verlaufen fluchtend zueinander und enden vorteilhaft mit geringem Abstand vor den Planflächen 4. Im Inneren der beiden Induktionsspulen 6 befindet sich ein koaxial zu denselben verlaufender Taststift 7, der mit seinen beiden Enden durch Bohrungen 8 in den Gehäusehälften 3a, 3b nach außen ragt und an seinem aus der Gehäusehälfte 3b herausragenden Ende mit einer Antastfläche 7a versehen ist. Ausschließlich in den Bohrungen 8 ist der aus nicht magnetisierbarem Werkstoff bestehende Taststift 7 geführt, wobei diese Bohrungen 8 – wie in der 4 dargestellt – auch in Lagerschalen 28 aus einem geeigneten Werkstoff, beispielsweise aus Bronze, Kunststoff oder Keramik bestückt sein können. Der Außendurchmesser des Taststiftes 7 in der 1 ist erheblich kleiner als der Innendurchmesser der Induktionsspulen 6 gehalten. Dies ermöglicht es, auf dem Taststift 7 einen aus magnetisierbarem Werkstoff bestehende und als Hülse ausgebildeten Ablenkkörper 9 anzuordnen, der mit dem Taststift 7 innerhalb der Induktionsspulen 6 verschiebbar ist, jedoch keinerlei Führung des Taststiftes 7 übernimmt. In der gezeichneten Grundstellung des Taststiftes 7 nimmt der Ablenkkörper 9 – wie gezeichnet – eine Lage mittig zu den beiden Induktionsspulen 6 ein. Diese Lage ist die sogenannte Nulltastposition, um die sich der Taststift 7 und damit der Ablenkkörper 9 bewegt. Jede Induktionsspule 6 ist mit einer zweiadrigen Anschlussleitung 10 versehen, die durch entsprechende Aussparungen 11 in den Planflächen 4 der beiden Gehäusehälften 3a, 3b nach außen geführt sind. Jede Veränderung der Lage des Taststiftes 7 und damit des Ablenkkörpers 9 innerhalb der beiden Induktionsspulen 6 wird als Widerstandsänderung über die Anschlussleitungen 10 an eine Mess- und Auswerteinrichtung signalisiert.

Ein, meistens jedoch mehrere Messtaster 1 mit diesem grundsätzlichen Aufbau sind gemäß der 2 direkt auf einem Träger 2 befestigt. Die Befestigung der Messtasters 1 – hintereinander oder nebeneinander – auf dem Träger 2 erfolgt hier mittels einer Schraube 12, die durch fluchtende Bohrungen 13 beider Gehäusehälften 3a, 3b ragt und in eine Gewindebohrung 14 des Trägers 2 eingeschraubt ist. Dabei kann der Träger 2 besondere, jedoch nicht gezeichnete Nuten aufweisen, die jeweils einen oder auch mehrere Messtaster 1 aufnehmen. Über den Träger 2 werden die Messtaster 1 in die angestrebte Messstellung bewegt. Gemäß diesem konkreten Ausführungsbeispiel besitzt hier der Taststift 7 zwei Bereiche 7b und 7c mit unterschiedlichem Durchmesser. Dabei ist der größere, in der 2 der Zeichnung untere Bereich 7b des Taststiftes 7 in der Gehäusehälfte 3a geführt und ragt in eine Kammer 15 des Trägers 2. Der Ablenkkörper 9 befindet sich auf dem Bereich 7c des Taststiftes 7 mit dem kleineren Durchmesser. Dabei ist der Außendurchmesser der Ablenkkörper 9 geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Bereiches 7b des Taststiftes 7. Auch hier nimmt der Ablenkkörper 9 in seiner Grundstellung eine Lage mittig zu den beiden Induktionsspulen 6 ein.

Wie insbesondere die 3 deutlich erkennen lässt, ist die Spulenkernhülse 9 in diesem Ausführungsbeispiel an ihrem Umfang mit einem in axialer Richtung verlaufenden Schlitz 16 versehen, in den eine Nase 17 einer Scheibe 18 ragt. Diese Scheibe 18 wird von einer entsprechend geformten Ausnehmung 19 aufgenommen, die sich jeweils zur Hälfte in jeder der beiden Gehäusehälften 3a, 3b befindet. Die Scheibe 18 mit der Nase 17 verhindert, dass sich der Taststift 7 bei seiner axialen Verschiebung verdrehen kann. Auch hier ist in jeder Planfläche 4 eine die Anschlussleitungen 10 aufnehmende Aussparung 11 vorgesehen. Der größere Bereich der Aussparung 11 (3) dient zur Aufnahme der Lötstelle von Spulendraht mit Anschlussleitung 10.

Sowohl die Kammer 15 als auch die Gewindebohrung 14 im Träger 2 sind an nicht gezeichnete Leitungen für ein gasförmiges Druckmedium angeschlossen. Während das Druckmedium in der Kammer 15 auf die vergrößerte Stirnfläche des Bereiches 7b des Taststiftes 7 wirkt, gelangt das über die Gewindebohrung 14 zugeführte gasförmige Druckmedium über Nut 20 der Schraube 12 und eine weitere Nut 21 in den Planflächen 4 der beiden Gehäusehälften 3a, 3b in die zylindrische Aussparung 5, wo der Druck auf die Ringfläche des Taststiftes 7 wirkt. Durch entsprechende Beaufschlagung der Aussparung 5 und der Kammer 15 wird eine axiale Verschiebung des Taststiftes 7 in die eine oder andere Richtung erreicht. Bedarfsweise kann zwischen dem Boden der Kammer 15 und der größeren Stirnfläche des Taststiftes 7 eine vorgespannte Druckfeder 24 (wie bei der 4) vorgesehen sein. In einem solchen Fall kann die Zuführung eines gasförmigen Druckmediums in die Kammer 15 entfallen. Durch das in die Aussparung 5 eingeleitete Druckmedium kann der Taststift 7 gegen die Kraft der vorgespannten Druckfeder lediglich in Richtung der Kammer verschoben werden.

Der Messtaster 1 der 4 und 5 stimmt in seiner Ausbildung weitgehend mit dem Messtaster 1 der 2 und 3 überein. Hier ist jedoch das Gehäuse 3 nicht direkt, sondern über ein zusätzliches, vorzugsweise angeklebtes Anschlussgehäuse 22 mittels der Schraube 12 dichtend an dem Träger 2 befestigt. Der dickere Bereich 7b des Taststiftes 7 ist an seinem freien Ende mit einem Sackloch 23 versehen, in das eine vorgespannte Druckfeder 24 eingesetzt ist. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die vorgespannte Druckfeder 24 auf dem Boden einer Verschlussschraube 27 ab, die die bereits anhand der 2 erwähnte Kammer 25 nach unten abschließt. Diese Verschlussschraube 27 ermöglicht es, dass der Taststift 7 leicht und vor allem in kürzester Zeit ausgewechselt werden kann.

Bedarfsweise können die Anschlussleitungen 10 in einer nicht gezeichneten Hülse mit Knickschutzspirale mit einem abgeschirmten Kabel verbunden werden, welches an die Messelektronik angeschlossen ist.

Seitlich am Gehäuse 3 können besondere, nicht gezeichnete Nuten ausgebildet sein, in denen die Anschlussleitungen 10 bzw. die mit ihnen verbundenen, abgeschirmten Kabel geschützt verlegt sind. Zur Bildung eines solchen Schutzbereiches kann bedarfsweise auch die obere Gehäusehälfte 3b breiter als die untere Gehäusehälfte 3a ausgebildet sein. Um die Anschlussleitungen 10 bzw. die mit ihnen verbundenen, abgeschirmten Kabel beispielsweise auch im Bereich von zwei mit Abstand voneinander angeordneten Messtastern 1 zu schützen, kann zwischen jeweils zwei Messtastern 1 ein Distanzgehäuse vorgesehen sein.


Anspruch[de]
  1. Anordnung zur Überprüfung der Maße oder Maßabweichungen eines mechanischen Werkstückes, bestehend aus mindestens einem Messtaster mit jeweils einem an einem Träger befestigbaren Gehäuse mit zwei getrennten Induktionsspulen und einem sich auf der Messoberfläche des Werkstückes abstützenden und aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff gebildeten Taststift, der als Kolben ausgebildet ist und einen als Hülse ausgebildeten Ablenkkörper trägt, wobei der Taststift mit dem Ablenkkörper durch eine Kraft in seine Messstellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) aus zwei schalenartigen, zumindest weitgehend gleich ausgebildeten und über Planflächen (4) miteinander verbindbaren Gehäusehälften (3a, 3b) besteht, dass sich – von den Planflächen (4) ausgehend – in jeder Gehäusehälfte (3a, 3b) Ausnehmungen (5) für jeweils eine von miteinander fluchtenden Induktionsspulen (6) gleicher Baugröße und deren Anschlussleitungen (10) befinden und dass sich am äußeren Ende der beiden jeweils eine Induktionsspule (6) aufnehmenden Ausnehmungen (5) ebenfalls fluchtend gegenüberliegende Bohrungen (8) zur Führung des koaxial durch die beiden Induktionspulen (6) ragenden und beidendig aus den beiden Gehäusehälften (3a, 3b) nach außen geführten Taststiftes (7) befinden.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkkörper (9) in der Mittelstellung des Taststiftes (7) zu gleichen Teilen in jede Induktionsspule (6) ragt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Induktionsspulen (6) nur geringfügig größer als der Messweg des Taststiftes (7) ist.
  4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Taststift (7) aus keramischem Werkstoff gebildet ist.
  5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (8) in den beiden Gehäusehälften (3a, 3b) zur Führung des Taststiftes (7) mit Gleitlagern (28) bestückt sind.
  6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den beiden Gehäusehälften (3a, 3b) herausragenden Enden des Taststiftes (7) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
  7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenkernhülse (9) einen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz (16) zur Aufnahme der Nase (17) einer Verdrehsicherung (18) aufweist.
  8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) über eine Befestigungsschraube (12) mit einem Anschluss für die Zufuhr eines gasförmigen Mediums zur Spülung des Gehäuse-Innenraumes und zur Rückstellung des Taststiftes (7) verbunden ist.
  9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmiges Medium dem Gehäuse-Innenraum über den den Messtaster (1) aufnehmenden Träger (2) zuführbar ist.
  10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmiges Medium dem Innenraum des Gehäuses (3) über eine zwischen dem Gehäuse (3) und dem Träger (2) befindliche Anschlussplatte zuführbar ist.
  11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussplatte (22) im Bereich des Taststiftes (7) eine durch eine Verschlussschraube (27) abgedeckte und im Querschnitt größer als der Taststift (7) ausgebildete Öffnung aufweist.
  12. Anordnung nach Anspruche 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschlussschraube (27) und dem Taststift (7) eine vorgespannte Druckfeder (24) angeordnet ist.
  13. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) im Austrittsbereich der Anschlussleitungen (10) Aussparungen zur beliebigen Verlegung und zur Umlenkung der Anschlussleitungen (10) aufweist.
  14. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Träger (2) zugewandte Gehäusehälfte (3a) zumindest an einer Seite schmäler als die andere Gehäusehälfte (3b) ausgebildet ist.
  15. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum zwischen zwei auf dem Träger (2) befestigten Messtastern (1) durch ein Distanzgehäuse geschlossen ist.
  16. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtaster (1) in einer Nut des Trägers (2) angeordnet sind.
  17. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Messtaster (1) eine eine Unlinearität eliminierende Messelektronik zugeordnet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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