DE2442137A1 - Lehre mit mindestens einem elektrischen positionswandler zur messung der abmasse mechanischer werkstuecke - Google Patents

Description

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Patentanwälte

.T'phⁿy⁹s.W.Schmi« Dipl. Ιπ3· E- Sraalfs

Dipl- Phys. W. Carsten» ,

8 München l5 j

jFinike Italiana Marposs Mozartstr. 23

;Soc. in Accomandita Semplioe · |

I dl Mario Possati & C. -j

ivia Saliceto, IJ> ■ 28. August 1974 !

1-40010 Bentivoglio (BO) Anwaltsakte: M

1 Lehre mit mindestens einem elektrischen Positions-

wandler zur Messung der Abmaße mechanischer Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Lehre mit mindestens einem elektrischen Positionswandler zur Messung der Abmaße mechanischer Werkstücke, ! mit mindestens einer in Berührung mit dem auszumessenden Werkstück

beweglichen

bringbaren/Pühleinrichtung und mit der Fühleinrichtung zugeordneten Verbindungsbauteilen, die zur Erzeugung von der Position der Fühleinrichtung entsprechenden Signalen ein bewegliches Element des Positionswandlers verschieben können.

Die Erfindung ist also auf Lehren zum Ausmessen der Abmaße mechanischer Werkstücke mit hoher Präzision gerichtet; und zwar insbesondere betrifft die Erfindung eine mit einem beweglichen Element ausgerüstete direkt fühlende Lehre, welche sehr einfach, leicht und von kleinen Abmaßen ist.

Es ist bekannt, daß Lehren mit direkter Berührung der Werkstücke und elektrischen Wandlern im allgemeinen starre Arme aufweisen,

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die um Schwenkachsen oder Schwenkpunkte schwenken können und Fühler

! tragen, die-mit dem auszumessenden Werkstück in Berührung gebracht

i werden können. Die Versetzungen der beweglichen Arme werden über Verbindungsbauteile, wie z.B. starre Übertragungshebel^möglicherweise dazwischengeschaltete Getriebe auf einen oder mehrere beweg-'

- i liehe Anker elektrischer Positionswandler übertragen, die ihrer- | seits von der Position der Fühler abhängiger Ausgangssignale erzeugen.

Einige der Nachteile dieser Lehren sind in der Komplexität des Aufbaues^ des erforderlichen Raumbedarfs und des Gewichtes dieser Verbindungselemente zu sehen. Insbesondere zeigt sich, daß die Herstellung derartiger Lehren schwierig - wenn nicht sogar unmöglich - ist, wenn die zu erfassenden Abmaße sehr klein sind oder wenn das gleichzeitige Erfassen mehrerer Abmaße auf dem gleichen Teil eines Werkstückes erforderlich ist.

Zum Ausmessen der Durchmesser von Bohrungen oder von anderen innenj liegenden Abmaßen werden oft Lehren benutzt, die von einer äußeren stopfenartigen Schutzhaube gebildet werden, die in das Loch mit einem gewissen Flankenspiel (backlash) eingeführt werden kann. Die die Abmaße wirklich erfassenden Einrichtungen sind im Inneren der Schutzhaube eingebracht.

Es ist klar, daß in diesen Anwendungsfällen der zur Verfügung stehende Raum sehr beschränkt sein kann und daß er in manchen Fällen auch nicht für die Aufnahme der Meßorgane der üblichen Lehren ausreicht.

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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lehre
zu schaffen, deren Meßorgane nur einen begrenzten Raumbedarf und
ein begrenztes Gewicht aufweisen.

Weiterhin soll die zu schaffende Lehre insbesondere für das Aus-

'messen innerer Abmaße von kleinem Wert geeignet sein. Auch soll

die zu schaffende Meßlehre insbesondere das Einbringen von Meßorganen für die gleichzeitige Ausführung mehrerer Messungen an
demselben Werkstück in eine Schutzhaube ermöglichen. Schließlich
soll die~neue Lehre zu begrenzten Kosten führen, und zwar sowohl

hinsichtlich der Herstellung als auch der Wartung. j

- J

! Die vorstehende Aufgabe wird dadurch gelöst und die angestrebten :

Ziele werden dadurch erreicht, daß eine Fühl- und Verbindungsein-

richtung vorgesehen ist, die mindestens einen an einem flexiblen |

Blättchen befestigten Fühler aufweist, welches Blättchen '

i elastisch deformierbar ist, daß ein Punkt des Blättchens in

einer sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Fühlers erstreckenden. Richtung bewegbar ist und .daß dieser Punkt j mit dem beweglichen Element des Positionswandlers mechanisch ver- ^l· bunden ist. " I

Weitere Unteransprüche richten sich auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

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Verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lehre sollen nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als Innenlehre dienende erste Ausführungsform,

, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Variante der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig. j5 einen Teillängsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung und

i Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine Variante der Ausführungsform ^:

gemäß Fig. 3- ■ ^[

Der in der Fig. 1 gezeigte hohle zylindrische Körper 1, welcher an beiden Enden mit einem Innengewinde versehen ist, bildet den Rahmen der Lehre; in das eine Ende (in der Fig. 1 oben) ist ein mit einem'

Außengewinde versehenes zylindrisches Element 2 eingeschraubt. '

In dem Element 2 ist mit vorgegebener Tiefe eine sich diametral

erstreckende Längsnut derart ausgebildet, daß zwei Vorsprünge aus-i gebildet werden, deren beide flache parallele Innenwände einander I gegenüberstehen; in der Figur ist eine der Innenwände durch die ;

i Bezugszahl 3 gekennzeichnet.

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Ein Metallblättchen 4 mit M-förmiger Formgebung ist in die Nut eingebracht. Die freien Enden 5 und 6 sind mit der Außenfläche des j

i Elementes 2 an den Punkten verschweißt, an denen die Nut endet; das Metallblättchen erstreckt sich zwischen den Wänden J>, Vielehe dem Metallblättchen K Schutz gegen seitliche Belastungen gewähren.

Wegen der Elastizität des Blättchens 4 können dessen obere Ecken j

7 und 8 parallel zu den Wänden 3 kleine Verschiebungen aus der in :

i der Figur in durchgehender Linie gezeichneten Ruheposition in andere Positionen ausführen, von denen eine in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. An den Ecken 7 und 8 sind zwei Fühler 9 bzw. 10 be-,' festigt, die bezüglich des Blättchens K vorstehen; an der mittigen' Spitze 11 des M-förrnigen Blättchens 4 .ist das eine Ende 14 eines ^; Metalldrahts 15 befestigt, der sich längs der Achse des zylindri- '

sehen Körpers 1 durch diesen hindurch erstreckt. Zu diesem Zwecke; ist die in der Fig. 1 nicht näher bezeichnete öffnung in dem zylin-

drischen Element 2 vorgesehen. j

Eine Schraube 1β, welche in eine sich radial erstreckende Gewinde-! bohrung 17 des Körpers 1 eingeschraubt ist, dient dem Festlegen des

zylindrischen Elementes 2 in der eingestellten Position.

Im Inneren des zylindrischen Körpers 1 ist ein Differentialtransformator 18 eingebracht, der durch zwei Federringe 19 und 20 gohalften ist, die in zwei Nuten 2h bzw. 25 des zylindrischen Körpers 1 j

j eingreifen, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. \

-6-

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-β-

Der Draht 15 erstreckt sich durch die nicht näher bezeichnete Axialbohrung in dem zylindrischen Element 2 und trägt im Bereich des j

Differentialtransformators 18 einen Metallzylinder 26, der den i Kern des Transformators 18 bildet. . j

Die Eingangs- und Ausgangsleitungen 27 des Transformators 18 sind ' aus dem zylindrischen Körper 1 durch eine Bohrung 28 herausgeführt'.

i Das untere Ende des zylindrischen Körpers 1 ist mit einem Gewinde-¹

element 29 verschlossen, das in der gewünschten Position mit Hilfe.

einer Schraube 30 in ähnlicher Weise festgelegt werden kann, wie

dies vorstehend im Zusammenhang mit der Schraube Io beschrieben
i
j worden ist.

Auf der dem Inneren des zylindrischen Körpers 1 zugewandten Fläche;

trägt das Gewindeelement 29 in mittiger Position einen Haken 31; '■ j ein anderer Haken 33 ist mit der (in der Fig. l) unteren Grundfläche ! ι

des Metallzylinders 2β mit Hilfe eines Abschnittes des Drahtes 15 1 verbunden; zwischen den beiden Haken ~j>l und 35 ist eine Zugfeder j 35 eingehängt, die den Draht I5 stets gespannt hält.

Die Leitungen 27 des Transformators sind mit einer Speise- und
Signalverarbeitungseinheit ~j>6 verbunden, die das Meßergebnis anzeigt.

Die Lehre arbeitet wie folgt: Wenn der Innendurchmesser des Loches eines Werkstückes 37 gemessen werden soll, wird das Ende des Elementes 2 in das Loch eingeführt; die Fühler 9 und 7 gelangen mit

der Innenwandung des Loches in Berührung und werden zwangsweise
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einander angenähert, so daß die beiden äußeren Abschnitte des

Blattchens sich nach innen biegen; auch die anderen beiden Abschnitte, die sich an sie anschließen und zu der mittigen Spitze 11 hin kon-; vergieren, werden gebogen und so verschoben, daß sich die mittige j

- ι

Spitze 11 bezüglich des zylindrischen Körpers 11 um ein bestimmtes;

Maß (in der Fig. 1) nach unten bewegt.

Damit bewegen sich aber auch der Draht 15 und der den Kern des j Differentialtransformators darstellende Metallzylinder 26 um diesen Betrag nach unten, während die sich verkürzende Feder 35 den Draht; 15 weiter unter Spannung hält. Die nach unten gerichtete bung des Metallzylinders 26 (Transformatorkern) führt zu einer !Variation der den Sekundärwicklungen des Transformators 18 zugeord-

neten Flüsse; diese Variation wird von der Einheit 36 erfaßt, die j den Wert des Duchmessers des Loches in Abhängigkeit von der Ver- j

I " . j

!Schiebung des Metallzylinders 26 angibt, und zwar in jeder Verschie-

I ■ ;

bungsrichtung in eindeutiger Weise. ;

Wenn das Werkstück 37 entfernt wird, nimmt das 31ättchen 4 unter Überwindung des Widerstandes der Feder 35 wieder seine Ruhelage ein. Vor dem Ausmessen einer Reihe von Werkstücken wird auf einem Lehr-j stück eine Null-Einstellung durchgeführt. Zunächst wird eine mecha-

nische Null-Einstellung durchgeführt, indem die beiden Elemente 2^:

■ ' J

und 29 ein-oder ausgeschraubt werden, bis der als Transformatorkern dienende Metallzylinder 26 bezüglich des Differentialtransformators l8 eine mittige Position einnimmt. Wenn dies der Fall ist, werden die beiden Elemente 2 und 29 mit Hilfe der Schrauben l6 bzw. 30 -8-

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festgelegt und eine^s elektrische Null-Einstellung wird durch Be- j tätigung geeigneter Potentiometerkreise in der Einheit J>6 bewirkt/

bis der Ableseindex (nicht gezeigt) auf Null eingestellt ist. j

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Lehre dargestellt, in der ein Blättchen 50 gezeigt ist, das die Formgebung eines auf ',

i dem Kopf stehenden U aufweist, das aus zwei geraden Abschnitten 51, 52 besteht, die duch einen halbkreisförmigen Abschnitt 53 mitein- j ander verbunden sind. i

An den oberen Enden der geraden Abschnitte 5I und 52 sind die bei-! den Fühler 9 bzw. 10 befestigt, während der Draht I5 mit der Kuppe

56 des halbkreisförmigen Abschnittes 53 verschweißt ist. Alle anderen Bauelemente der in der Fig. 2 gezeigten Lehre sind gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nicht verändert und j

i auch die Betriebsweise der Lehre ist analog mit der Ausnahme, daß i

beim zwangsweisen Nachinnendrücken der Fühler 9 und 10 während ! I
der Messung das Blättchen 50 derart verbogen wird, daß sich die ;

Kuppe 56 des kreisförmigen Abschnittes nach oben bewegt. Daher

wird in diesem Falle die Feder" auseinandergezogen und nicht komprimiert; der als Kern wirkende Metallzylinder 26, der nach oben be- j wegt wird, führt in den Sekundärwicklungen des Differentialtransformators l8 zu Flußvariationen, die den Variationen bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entgegengesetzt sind. Dies muß bei dem Anschluß des Transformators l8 an die Speise- und Signalverarbei- j tungseinheit J>6 berücksichtigt werden.

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Die beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen eignen sich insbesondere für das Ausmessen kleiner Durchmesser; insbesondere eignet sich die zweite Ausführungsform für das Ausmessen sehr kleiner; Durchmesser;- selbst kleiner als 2 mm - mit einer Genauigkeit von j Tausendstel Millimeter. i

Bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist das eine Ende .

ι 6l eines elastischen Blättchens 60 (Lamelle), das von zwei geraden Abschnitten gebildet wird, mit einem Träger 6j5 verschweißt. Der I Träger 63 ist mit der Viand einer Schutzkappe 64 mittels Bolzen 65 |

verbunden. Das andere Ende 62 des Blättchens βθ trägt einen abgerundeten Körper 66, mit dem es auf einer ebenen Wand 6j des Trägers 6j5 gleiten kann, welche Wand sich parallel zu Achse der Schutzhaube 64 erstreckt. Ein Fühler 71 ist mit dem Blättchen 60 in der Nähe \ der Ecke 72 verschweißt, welche von den beiden geraden Abschnitten des Blättchens gebildet wird. Der Fühler 71 ragt durch" eine Öffnung 7;5 in der Schutzhaube 64 nach außen und wird durch das auszumessende Werkstück nach innen gedrückt, so daß das freie Ende 62
des Blättchens 60 auf der Wand 67 (in der Fig. J5) nach unten gleitet. Der Draht I5 wird mit dem Blättchen 60 nahe dessen Ende 62
verbunden und folgt daher der Bewegung dieses Endes, wenn dieses
sich unter Gleiten auf der Wand 67 nach unten bewegt. Neben dem
Draht 15 weist diese Lehre dieselben Bauteile auf, die schon in
der Fig. 1 erwähnt und in ihrer Funktion beschrieben worden sind, d.h. im wesentlichen den Differentialtransformator l8, den als j Transformatorkern wirkenden Metallzylinder 26 und die Feder 35·
Diese Elemente sind in einer geeigneten Schutzhülse angeordnet;,
die mit der Wand oder der Grundfläche der Schutzhaube 64 verbunden!

sind. 5 09813/0789 ^Ao OH!&_NAL

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Die beiden anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen j der Lehre können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Lehre . mit mehreren mit einer Schutzhaube angeordneten Fühlern versehen ^: werden muß.

Eine Variante der in der Fig. j5 gezeigten Ausführungsform ist in ! der Fig. 4 dargestellt: ein Ende 91 eines elastischen Blättchens '' 90 ist mit einem Träger 92 verschweißt; der Träger 92 ist mit der ; stopfenartigen Schutzhaube 64 mit Hilfe von Bolzen 95 verbunden. ; Das Blättchen 90 ist in seiner Ruhestellung so gebogen, daß drei

gerade Abschnitte erhalten werden. Das andere Ende 94 des Biätt-' chens ist mit einem Teil des Trägers 92 verbunden, das sich in das I Innere der Schutzhaube hineinerstreckt. Ein erster gerader Absohnit des Blättchens erstreckt sich von dem Ende 9I zu einer Ecke 95 hin und trägt in der Nähe dieser Ecke den Fühler 71. Von der Ecke 95 : erstreckt sich ein zweiter gerader Abschnitt in das Innere dpr 'Schutzhaube 64 hinein und zwar bis zu einer Ecke 96, den d---r zweite

; gerade Abschnitt mit einem dritten geraden Abschnitt bildet, df.-ssen freies Ende das an dem Träger 92 verschweißte Ende 94 des Blatt- > chens 90 ist. Mit der Ecke 96 ist ein Ende des Drahtes 15 verbunden. Auch in diesem Falle wird bei einem zwangsweisen Eindrücken des Fülllers 71 durch das auszumessende Werkstück in die Schutzhaube

j 64 hinein das Blättchen 90 verformt und damit v/erden die Ecke 96 und der mit ihr verbundene Draht 15 (in der Fig. 5) nach unten bewegt; wie auch bei den anderen Ausführungsformen, wird bei dieser Aus führungs form diese Bewegung mit Hilfe einer Speise- und Signal-' verarbeitungseinheit 36 erfaßt.

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■Es sollte festgehalten werden, daß für die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 durch geeignete in der Einheit 36 vorgesehene Schalt-'kreise die von den den verschiedenen Fühlern zugeordneten verschie-

I denen Meßwandler kommenden Signale so verarbeitet werden können, ^:daß man Signale erhält, die ein Maß für die zu messenden Durchmes-'ser und andere Größen und geometrischen Gegebenheiten von Werkstücken sind.

! In den vorstehend beschriebenen Einfach- und Mehrfachlehren tragen ; die mit den Fühlern verbundenen Drähte 15 die beweglichen Elemente ■ der Positionswandler 18, d.h. die Kerne 26, direkt. In manchen Anwendungsfällen kann es jedoch unter Beibehaltung des Hauptmerk- : mais der Erfindung, d.h. der Einsatz eines flexiblen Blättche-ns in der beschriebenen V/eise, ratsam sein, zwischen den Drähten und den beweglichen Elementen weitere Verbindungseinrichtungen, wie z.B.

starre Übertragungen oder dergleichen vorzusehen. In diesem Fall ^: können die beweglichen Elemente der Wandler in einer an sich bekan: I ten Weise abgestützt werden. Anstelle der Drähte können auch star

Spindeln eingesetzt v/erden, die mit den Blättchen und den boweglic ' Elementen der Positionswandler verbunden sind.

BAD ORK3INAL

— J. t

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Claims (6)

1. ! Finike Italiana Marposs

   '', Soc. in AcGomandita Semplice

   j di Mario Possati & C.

   Via Saliceto, 13 28. August 1974

   1-40010 Bentivoglio (BO) Anwaltsakte: M-3522J

   Patentansprüche

   Lehre mit mindestens einem elektrischen Positionswandler zur ; Messung der Abmaße mechanischer Werkstücke, mit mindestens ei- [ ner in Berührung mit dem auszumessenden Werkstück bringbaren

   beweglichen Fühleinrichtung und mit der Fühleinrichtung züge- ' ordneten Verbindungsbauteilen, die zur Erzeugung von der Position der Fühleinrichtung entsprechenden Signalen ein bewegliches Element des Positionswandlers verschieben können, dadurch g e; kennzeichnet, daß eine Fühl- und Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens einen an einem flexiblen

   i Blättchen (4,· 50; 60; 90) befestigten Fühler (9; 10; 71) auf- ! weist, welches Blättchen elastisch deformierbar ist, daß ein Punkt (11; 56; 62; 96) des Blättchens in einer sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fühlers erstreckenden Richtung bewegbar ist und daß dieser Punkt mit dem beweglichen Element (26) des Positionswandlers (l8) mechanisch verbunden ist.

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2. 2. Lehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blättchen (4; 50; 60; 90) einen sich im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Verschiebungsrichtung der Fühler' (9; 10; 71) erstreckenden ersten Abschnitt (51; 52) und wenigstens einen zweiten Abschnitt (53; 95) aufweist, der sich in Verschiebungsrichtung der Fühler erstreckt.
3. 3- Lehre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blättchen (4) in Ruheposition ein im wesent lichen M-förmiges Profil aufweist, wobei die Enden (5, 6) des

   einem

   '■ M-Profils mit / Rahmen (l, 2, 29) der Lehre verbundpn sind.

   ;
4. 4. Lehre nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß zv/ei Fühler. (9, 10) mit dem Blättchen (4) in Übereinstimmung mit den beiden oberen Spitzen (7, 3) des M-Profils verbunden sind und ein Ende eines mechanischen Verbindungselements (15) mit dem Blättchen (4) in Übereinstimmung ■ mit der unteren Spitze (11) des M-Profils verbunden ist, während

   j das andere Ende des mechanischen Verbindungselements mit dem _; beweglichen Element (26) des Positionswandlers (18) verbunden ist.

   oder 2 :
5. 5. Lehre nach Anspruch l/ dadurch gekennzeichnet, ; daß das Blättchen (50) in Ruheposition ein Profil mit im wesent:-

   I liehen der Form eines umgekehrten U aufweist, wobei die freien ·

   Enden des U mit einem Rahmen (l, 2, 29) der Lehre verbunden sind.

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   SAD 0RK3JNAL
6. 6. Lehre nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fühler (9, 10) an den Seitenteilen (51; 52) des U-Profils befestigt sind und daß ein Ende eines mechanischen Verbindungselements (15) in Übereinstimmung mit der Kuppe (58) des : U-Profils an dem Blättchen befestigt ist, während das andere ■ Ende des mechanischen Verbindungselements (15) mit dem beweg- \ liehen Element (26) des Positionswandlers (l8) verbunden ist.

   j 7· Lehre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere zum Messen

   j innerer Abmaße, dadurch gekennzeichnet, daß J ein Tragrahmen in Form einer stopfenartigen Haube (64) mit öffnungen (75) für den Durchtritt von Fühlern (71) vorgesehen ist

   • (Fig. J) und 4). . ,

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