DE19651194C2 - Schalter mit geometrisch wiederholgenauem Schaltpunkt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit geometrisch wiederholgenauem Schaltpunkt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Schalter mit geometrisch wiederholgenauem Schaltpunkt sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Derartige Schalter werden beispielsweise in Tastköpfen von Meßmaschinen eingesetzt, um eine automatische Kontrolle von Bearbeitungsvorgängen an NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen vornehmen zu können. Ein anderes Einsatzgebiet, ist das als genauer Endpunktschalter.

In der Offenlegungsschrift DE 17 65 746 wird ein Schalter der einleitend bezeichneten Art beschrieben, bei dem zwei Kontaktstifte in einem Gehäuse parallel angebracht sind. Weiterhin wird im Gehäuse eine elektrisch leitende Kugel derart bewegbar gehalten, daß sie mit den beiden Kontaktstiften in Berührung treten kann und diese leitend verbindet. Die Kugel wird über eine Feder gegen die Kontaktstifte gedrückt. Auf der anderen Seite ist im Gehäuse ein verschiebbar geführter Stößel vorhanden, durch den die Kugel von den Kontaktstiften gegen die Federkraft weggedrückt werden kann. Der Schaltpunkt wird dann erreicht, wenn die Kugel zu wenigstens einem Kontaktstift keine elektrisch leitende Verbindung mehr aufweist.

Der in der Offenlegungsschrift DE 17 65 746 beschriebene Erfindungsgegenstand soll unter anderem die Aufgabe lösen, einen möglichst reproduzierbaren Schaltpunkt des Schalters zu realisieren.

Hierzu wird als ein Merkmal ein in Längsrichtung geführter Stößel vorgeschlagen, der auf die Kugel wirkt.

Die geometrische Wiederholgenauigkeit des Schaltpunktes dieses Schalters ist jedoch für einige Anwendung nicht präzise genug.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter mit geometrisch wiederholgenauem Schaltpunkt bereit zu stellen, bei dem die Wiederholgenauigkeit erheblich verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schalters angegeben.

Die Erfindung geht zunächst davon aus, daß der Schalter ein Gehäuse umfaßt, in dem zwei Kontaktelemente angebracht sind. Weiterhin beinhaltet der Schalter eine in einer Gehäusebohrung bewegbare elektrisch leitfähige Kugel. Ein elastisches Element sorgt dafür, daß die Kugel gegen die Kontaktelemente gedrückt wird und in je einem Kontaktpunkt an den Kontaktelementen anliegt. Ein im Gehäuse geführtes Stößelelement ermöglicht es, die Kugel entgegen der Kraftwirkung des elastischen Elements von den Kontaktelementen abzuheben. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, daß Mittel zur Führung vorhanden sind und zwar derart, daß die Kugel in einer Richtung nahezu nicht bewegbar ist, die im wesentlichen senkrecht zur Stößellängsrichtung und im wesentlichen senkrecht zu der Verbindungslinie der Kontaktpunkte der beiden Kontaktelemente mit der Kugel verläuft. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Position, bei der die Kugel die Kontaktelemente berührt, unverändert bleibt. Damit ist die größte Fehlerquelle, die bislang die Genauigkeit von Wiederholungsmessungen begrenzt hat, beseitigt. Im Gegensatz hierzu hat in der DE 17 65 746 die Kugel, die in einer Bohrung des Gehäuses gehalten wird, die Möglichkeit, neben einer erwünschten Bewegung in Längsrichtung des Stößels auch ihre Position entlang der parallelen Kontaktstifte zu verändern. Da im allgemeinen die Kontaktstifte nicht exakt senkrecht zur Längsachse des Stößels angeordnet sind und auch nicht exakt parallel zueinander verlaufen, verändert sich mit unterschiedlicher Lage der Kugel auch ihre Position in Richtung der Stößellängsachse (siehe hierzu Fig. 4 und 5 gemäß dem Stand der Technik). Insbesondere in der DE 17 65 746 beeinflussen beim Messen zufällig auftretende Positionen der Kugel damit den Schaltpunkt und limitieren im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorgehensweise ganz entscheidend die reproduzierbare Genauigkeit.

Im weiteren ist es bevorzugt, wenn das Stößelelement ein zylindrischer Stößel ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfassen die Mittel zur Führung eine vorgespannte Kugelführung, in der das Stößelelement gleitet. Damit wird eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Längsführung für das Stößelelement bereitgestellt, die bei den im allgemeinen auf das Stößelelement auftretenden Kräfte eine Bewegung quer zur Stößelrichtung (Verkippung) verhindert. Auf diese Weise wird die Wiederholgenauigkeit des Schalters weiter verbessert. Eine Kugelführung ist zwar allgemein bekannt, siehe hierzu Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag, 1981, 14. Auflage, Seite 418. Die Verwendung einer vorgespannten Kugelführung in einem Meßschalter ist hieraus jedoch nicht entnehmbar.

Außerdem ist es bevorzugt, daß die Mittel zur Führung ein die Kugel gegen die Bohrungswand der Bohrung positionierendes Justageelement umfassen. Dabei ist es besonderes vorteilhaft, wenn das Justageelement eine Einstellschraube ist. Dies stellt eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Lösung zur erfindungsgemäßen Führung der Kugel dar.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik sind in den Zeichnungen dargestellt. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten auch im Vergleich zum Ausführungsbeispiel des Standes der Technik näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schalters,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Schalter aus Fig. 1 in der geschnittenen Seitenansicht um 90° gedreht,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik in der geschnittenen Seitenansicht zur Verdeutlichung einer unzureichenden Stößelführung und

Fig. 4 und 5 das Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik in der geschnittenen Seitenansicht zur Verdeutlichung einer unerwünschten Kugelverschiebung.

Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 und 2 umfaßt ein Gehäuse 1, ein Stößelelement 2, zwei stabförmige Kontaktelemente 3, 4, eine leitfähige Kugel 5 und eine Spiralfeder 6. Das Stößelelement 2 befindet sich in einer Gehäusebohrung 7 und wird durch eine vorgespannte Kugelführung 8 geführt, die lediglich eine Bewegung des Stößelelements 2 in seiner Längsrichtung zuläßt. Das obere Ende des Stößelelements 2 steht über das Gehäuse 1 über, wobei das untere Ende in eine Bohrung 9 hineinragt und dabei auf der Kugel 5 aufliegt. Die Kugel 5 wiederum wird von der Feder 6 an den Kontaktstellen 10, 11 gegen die Kontaktstifte 3, 4 gedrückt. Die Kontaktstifte 3, 4 verlaufen im wesentlichen parallel und mehr oder weniger senkrecht zur Längsrichtung des Stößelelements 2 (im vorliegenden Fall, wie in Fig. 1 ersichtlich, geringfügig nach links gekippt). Eine Einstellschraube 12 sorgt dafür, daß die Kugel 5 in Richtung der Längsachsen der Kontaktstifte gegen die Wand der Bohrung 9 gedrückt wird und zwar so, daß dennoch eine Bewegung der Kugel in Längsrichtung des Stößelelements möglich ist. In einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen der Kontaktstifte und senkrecht zur Längsrichtung des Stößelelements wird die Kugel eindeutig durch die Kontaktstellen 10 und 11 an den Kontaktstiften 3, 4 positioniert.

Durch folgende Prozedur läßt sich die Kugel 5 beispielsweise in die günstigste Stellung bringen. Die Einstellschraube 12 wird während einer Messung des elektrischen Durchgangs zwischen den Kontaktstiften so lange eingedreht bis der Kontakt an einem Kontaktstift unterbrochen ist. Daraufhin wird die Einstellschraube um eine kleine Winkeleinstellung (z. B. eine viertel Schraubenumdrehung abhängig von der Gewindesteigung) zurückgedreht. In dieser Stellung muß die Kugel wieder an beiden Kontaktstiften 3, 4 anliegen, also elektrischen Kontakt haben und zusätzlich muß die Bewegbarkeit der Kugel in Längsrichtung des Stößelelements 2 gewährleistet sein.

Eine Unterbrechung des Kontakts der Kugel zu den Kontaktstiften beim Einschrauben der Einstellschraube 12 tritt jedoch nicht immer auf. Beispielsweise dann nicht, wenn bei der Produktion zufälligerweise die Kontaktstifte exakt parallel sind und überdies exakt senkrecht zur Längsrichtung des Stößelelements verlaufen. In diesem Fall muß die Einstellschraube so weit zurückgenommen werden bis sich die Kugel 5 in Längsrichtung des Stößelelements 2 durch den Stößel wieder frei bewegen läßt.

Die Anpreßkraft der Spiralfeder 6 wird auf der der Kugel gegenüberliegenden Seite von einer eingeschraubten Abschlußkappe 13 aufgefangen.

Vergleich zum Stand der Technik

Ein Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik ist in den Fig. 3 bis 5 dargestellt. Im folgenden werden gleichartige Bauteile wie in Fig. 1 und Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 3 ist ein Stößelelement 2 dargestellt, das keine ausreichende Führung in Stößellängsrichtung besitzt. Eine seitliche Bewegungsmöglichkeit des Stößels hat eine "Verkippung" zur Folge, die in Fig. 3 etwas übertrieben dargestellt ist. Durch die seitliche Verkippung des Stößels um beispielsweise einen Winkel α wird die tatsächliche Länge 1 des Stößels vergrößert. Der Betrag dieser Verlängerung wirkt sich direkt in einer Verschiebung des geometrischen Schaltpunkts aus. Der Schaltpunkt wird demnach abhängig von der Größe der Verkippung von Messung zu Messung um einen bestimmten Wert streuen. Dieser Schaltfehler wird durch die erfindungsgemäße Führung des Stößels (z. B. wie in Fig. 1 und 2) vermieden.

Durch die Einstellschraube 12 aus Fig. 1 und 2 wird die Kugel 5 in einer gewünschten Position gehalten, wie dies im Stand der Technik durch die Fig. 4 und 5 verdeutlicht, nicht der Fall ist. Von Messung zu Messung kann dort die Kugel 5 z. B. einmal an der linken Seite der Bohrung 9 (Fig. 4) und das andere Mal auf der rechten Seite der Bohrung 9 (Fig. 5) anliegen. Da die Längsachsen der Kontaktstifte 3, 4 in der Regel nicht exakt senkrecht zur Längsrichtung des Stößelelements 2 (Verkippung um den Winkel β) verlaufen, wird die Kugel 5 in einer Lage, wie in Fig. 4, bei einem Wert h₁ das Stößelelement 2 berühren und in Fig. 5 beispielsweise bei einem Wert h₂. Die Differenz h₂ - h₁ stellt im vorliegenden Beispiel die maximale Meßunsicherheit für sich wiederholende Messungen und eine zufällig liegende Kugel 5 dar. Erfindungsgemäß wird dieser Fehler durch die Einstellschraube 12 vermieden.

Claims (5)

1. Schalter mit geometrisch wiederholgenauem Schaltpunkt umfassend ein Gehäuse (1), zwei im Gehäuse angebrachte Kontaktelemente (3, 4), eine in einer Gehäusebohrung (9) bewegbare elektrisch leitfähige Kugel (5), ein elastisches Element (6), das die Kugel gegen die Kontaktelemente drückt, so daß die Kugel in je einem Kontaktpunkt an den Kontaktelementen anliegt sowie ein Stößelelement (2), das in Stößelrichtung geführt ist, wobei mittels des Stößelelements die Kugel entgegen der Kraftwirkung des elastischen Elements von den Kontaktelementen abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Führung (8, 12) vorhanden sind, so daß die Kugel in einer Richtung nahezu nicht bewegbar ist, die im wesentlichen senkrecht zur Stößellängsrichtung und im wesentlichen senkrecht zu der Verbindungslinie der Kontaktpunkte (10, 11) der beiden Kontaktelemente mit der Kugel verläuft.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößelelement ein zylindrischer Stößel ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößelelement mittels einer vorgespannten Kugelführung (8) axial geführt ist.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Führung ein die Kugel (5) gegen die Bohrungswand positionierendes Justageelement umfassen.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Justageelement eine Einstellschraube (12) ist.