Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelmass gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mechanische Winkelmasse oder Rapporteure mit zwei relativ zueinander um eine zentrale Achse verdrehbaren Schenkeln und einer Winkelwertanzeige in Form einer Noniusskala zwecks Be¬ stimmung des zwischen den Schenkeln eingestellten Winkels sind seit langem bekannt. Sie weisen, zumindest bei Präzisi¬ onsinstrumenten, in der Regel eine Nonius-Winkelskala auf, mit welcher der zwischen den beiden Schenkeln eingestellte Winkel bis auf ein Zehntel Grad oder die Minute genau ables¬ bar ist. Da das Ablesen von solchen Skalen mit ihren vielen relativ nahe beieinander liegenden Mass-Strichen nicht je¬ dermanns Sache ist, führt dies oft zu Fehlmessungen, resp. Fehlablesungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Winkelmass vorzuschlagen, das einerseits das Risiko von Fehlablesungen weitestgehend ausschaltet und den zwischen den Schenkeln eingestellten Winkel in digitaler Form angibt und das sich andererseits die heute verfügbaren elektroni¬ schen Mittel zur Nullstellung und Messwerttransformation zu Nutze macht.

Erfindungsgemäss wird dies durch ein Winkelmass erreicht, wie es im Patentanspruch 1 definiert ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird hiernach eine vor¬ teilhafte Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Win- kelmasses beschrieben und erläutert, welche konstruktiven Probleme dabei zu lösen waren. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein solches Winkelmass, wobei der

verdrehbare Schenkel gegenüber dem festen Schenkel in den acht 45°-Stellungen eines Kreises gestrichelt dargestellt ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen elektro-mechanischen Mess¬ wertgeber, der drehbar rund um die Drehachse des Winkelmas- ses anzuordnen und vor mechanischen Einwirkungen zu schützen ist, die

Fig. 3a, 3b und 3c die drei Hauptkomponenten des Messwertge¬ bers gemäss Fig. 2, jeweils in Draufsicht,

Fig. 4a einen partiellen Schnitt durch das Winkelmass mit einer ersten Variante einer zentralen Lagerung,

Fig. 4b einen partiellen Schnitt durch das Winkelmass mit einer zweiten Variante einer zentralen Lagerung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf..-ein zentrales Klemmstück im Win¬ kelmass, das die verdrehsichere Blockierung ohne Beeinflus¬ sung des elektro-mechanischen Messwertgebers sicherzustellen hat,

Fig. 6 das Klemmstück gemäss Fig. 5 im Schnitt, und

Fig. 7 ein erfindungsgemässes Winkelmass für eine spezielle Anwendung.

In Fig. 1 erkennt man, dass das erfindungsgemässe Winkelmass bezüglich seiner mechanischen Hauptkomponenten, nämlich ei¬ nem festen Schenkel 1, der mit einem Boden 11 (Fig. 4) des Winkel asses entweder fest verbunden oder fest verbindbar ist, einem um eine Drehachse A möglichst spielfrei verdreh¬ baren beweglichen Schenkel 3 _> der mit einem Deckel 2 des Winkelmasses verdrehfest verbunden ist, und einer zentralen Feststellmutter 4, einem herkömmlichen mechanischen

Winkelmass weitgehend entspricht. Vorteilhafterweise weist es, wie jenes, auch eine über einen Drehknopf 5 betätigbare, weiter unten beschriebene Einrichtung zum präzisen Einstel¬ len kleiner Winkelveränderungen auf. Es ist ferner empfeh¬ lenswert, wenn das erfindungsgemässe Winkelmass Mittel auf¬ weist, die die genaue Einstellung der Eichlage, bei der der bewegliche Schenkel 3 genau mit dem festen Schenkel 1 fluch¬ tet, ermöglichen. Die diesbezüglichen Mittel und eventuelle Mittel zur Fixierung des beweglichen Schenkels 3 am drehba¬ ren Teil 17 bilden allerdings nicht Gegenstand der vorlie¬ genden Erfindung und werden daher nicht weiter beschrieben.

Fig. 2 illustriert grob den Aufbau eines kapazitiven Mess¬ wertgebers, wie er im erfindungsgemässen Winkelmass vorteil¬ haft verwendet wird. Er besteht, neben einer hier nicht nä¬ her erläuterten Elektronik, bei einem 3-Scheiben-Modell, im wesentlichen aus einer scheibenförmigen, ein Elektrodenflä¬ chen-Muster 7 (Fig. 3a) aufweisenden ersten- Elektrodenschei¬ be 6, einem elektrostatischen Schild 8 mit Oeffnungen 9 und einer zweiten, homogenen Elektrodenscheibe 10. Jedes dieser drei scheibenförmigen Kondensator-Elemente 6, 8 und 10 weist ein zentrales Loch 6a, 8a, resp. 10a auf, dessen Funktion weiter unten erläutert werden wird. Durch Verdrehen der Elektrodenscheibe 6 mit dem Elektrodenflächen-Muster 7 ge¬ genüber dem Schild 8 um die zentrale Achse A des Messwertge¬ bers, werden in bekannter Art und Weise Kapazitätsänderungen des Messwertgebers erzeugt, aus denen sich die winkel ässig genaue Lage des gedrehten Elementes gegenüber dem festste¬ henden Element des Kondensators bezüglich einer definierten Ausgangslage errechnen lassen. Die damit zusammenhängende Technik ist bekannt und wird daher hier nicht näher be¬ schrieben.

Alternativ kann an Stelle eines 3-Scheiben-Messwertgebers auch ein solcher mit lediglich zwei Scheiben verwendet wer¬ den, bei dem der Schild durch einen passiven

elektrostatischen Reflektor ersetzt ist und die homogene Elektrodenscheibe wegfällt, resp. einteilig mit der Elektro¬ denflächen-Musterscheibe ausgeführt ist.

Es hat sich bewährt und der mit der Arbeit mit den herkömm¬ lichen Winkelmassen vertraute Fachmann ist gewohnt, den mit dem Deckel 2 verbundenen, drehbaren Schenkel 3 möglichst un¬ mittelbar nachdem er ihn in die gewünschte Drehlage gegen¬ über dem mit einem Boden 11 und einer zentralen Achse 12 (Fig. 4a und 4b) verbundenen festen Schenkel 1 gebracht hat, mittels einer Drehung an der zentralen Feststellmutter 4 bezüglich seiner Drehlage gegenüber dem festen Schenkel 1, festzulegen. Ein kapazitiver Messwertgeber, wie er hiervor anhand der Fig. 2 und 3a bis 3c beschrieben ist und dessen Elektrodenscheiben 6 und 10 und Schild 8 in axialer Richtung unbeweglich zueinender stehen müssen, da der Luftspalt zwi¬ schen diesen Elementen für den Wert der Kapazität des Mess¬ wertgebers in jeder Drehlage von grosser Bedeutung ist, darf aber durch das Zusammenpressen der zentralen Teile des Win¬ kelmasses, und damit der Schenkel 1 und 3 _» durch die Fest¬ stellmutter 4 nicht beeinflusst werden. Es gilt demnach, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine konstruktive Lösung vorzuschlagen, die einerseits die bisherige Handhabung eines Winkelmasses für den Fachmann unverändert lässt und die an¬ dererseits den speziellen Bedürfnissen der elektro-mechani¬ schen Elemente des für die digitale Anzeige der Winkel not¬ wendigen kapazitiven Messwertgebers Rechnung trägt.

Aus Fig. 4a erkennt der Fachmann, wie dieses Problem erfin- dungsgemäss konstruktiv gelöst werden kann. Mit dem Boden 11 ist eine zentrale Achse 12 fest verbunden, z.B. mittels Nie¬ tung. Gleichzeitig ist der feste Schenkel 1 des Winkelmasses fest mit diesem Boden 11 verbunden, oder zumindest fest da¬ mit verbindbar. Die Achse 12 weist vorteilhafterweise zwei unterschiedliche Gewindeabschnitte auf, von denen der untere Gewindeabschnitt 13 einer ersten Mutter 14 dazu dient, den

elektrostatischen Schild 8 mittels einer Zwischenscheibe 15 und einem Zentrierring 16 drehfest mit dem Boden 11 zu ver¬ binden, indem der Schild 8 zwischen Zwischenscheibe 15 und Zentrierring 16 eingeklemmt und diese drei Teile auf den Boden 11 gepresst werden. Damit wird erreicht, dass der Schild 8 bezüglich der Drehachse A des Winkelmasses in einer festen Drehlage gegenüber dem festen Schenkel 1 steht. Er ist auch bezüglich seinem Abstand vom Boden 11 fest positio¬ niert. Spielfrei um die Drehachse A drehbar ist auf dem Zen¬ trierring 16 eine Wanne 17 gelagert, in welche die beiden Elektrodenscheiben 6 und 10, vorteilhafterweise durch einen Distanzring 18 in vorgegebener Distanz zueinander gehalten, verdrehfest eingepasst sind. Der Deckel 2 und eine Auswert¬ elektronik 19 für das Auswerten der Kapazitätswerte und Ka¬ pazitätsveränderungen des Messwertgebers (6, 8, 10) bei Ge¬ brauch des Winkelmasses, zusammen mit den in Fig. 1 ersicht¬ lichen Anzeige- und Bedienungselementen (35; 31 - 34), sind ebenfalls verdrehfest mit der Wanne 17 verbunden. Wenn der drehbare Schenkel 3 gegenüber dem festen Schenkel 1 rund um die Achse A herum verdreht wird, verdrehen sich damit die Wanne 17 und der Deckel 2 mit all den damit verbundenen Tei¬ len gegenüber dem Boden 11 und den damit verbundenen Teilen. Dies bedeutet, dass beim Verdrehen des drehbaren Schenkels 3 gegenüber dem festen Schenkel 1 sich die beiden Elektroden¬ scheiben 6 und 10 gegenüber dem festen Schild 8 um die Achse A verdrehen, was in bekannter Weise zu Kapazitätsveränderun¬ gen im Messwertgeber führt, die sich elektronisch in digital anzeigbare Winkelmasse umrechnen lassen.

Um zu ermöglichen, dass die Wanne 17 mittels einer Drehung der Feststellmutter 4 verdrehfest gegen den Boden 11 ge¬ presst werden kann, bedarf es eines Klemmstückes 20, wie es beispielsweise in den Fig. 5 und 6 im Detail dargestellt ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, tritt dieses Klemmstück 20 mit seinen drei Zapfen 20a, 20b und 20c durch die dafür vor¬ gesehenen drei Löcher 21a, 21b und 21c (Fig. 3b) im Schild 8

und stützt sich so auf dem zentralen Teil der Wanne 17 ab. Dadurch dass der Schild 8 verdrehfest mit der Achse 12 ver¬ bunden ist, darf sich auch das Klemmstück 20 gegenüber der Achse 12 nicht verdrehen. Um es auch in seiner axialen Lage gegenüber dem Boden 11 zu positionieren, weist es an seinem oberen Ende vorteilhafterweise eine Membran 22 auf, die durch ein axiales Kugellager 21 beaufschlagt ist. Eine zwei¬ te Mutter 23, die auf einen oberen Gewindeabschnitt 24 der Achse 12 geschraubtsit, beaufschlagt einen zentralen Klemm¬ ring 23a, derart, dass dieser die Membran 22 in ihrem zen¬ tralen Bereich fest auf einen darunterliegenden Absatz der Achse 12 presst und gegen jede Verdrehung schützt. Damit wird das Klemmstück 20 wohl verdrehfest mit der Achse 12 verbunden, bleibt aber, dank der Membran 22, die vorteilhaf¬ terweise aus federndem Material gefertigt ist, in seiner axialen Lage begrenzt verschiebbar. Der drehbare Schenkel 3 bleibt dadurch gegenüber dem festen Schenkel 1 spielfrei aber nicht ohne ein Minimum an von aussen einwirkendem Dreh¬ moment drehbar, wobei die Schenkel 1 und 3 ruckrei positio¬ niert werden können, ohne dass sie sich unbeabsichtigt ge¬ genüber einander verstellen. Um die Wanne 17 gegenüber dem Boden 11, und damit den drehbaren Schenkel 3 gegenüber dem festen Schenkel 1 nach durchgeführter Einstellung des ge¬ wünschten Winkels festzulegen und jede axiale Bewegung des Klemmstückes 20 zu unterbinden, genügt es, die Feststellmut¬ ter 4 anzuziehen, was bewirkt, dass ein vorteilhafterwiese einteilig damit verbundener Ueberwurfring 25 die Wanne 17 kraftschlüssig über das Kugellager 21 und das Klemmstück 20 gegen den Boden 11 presst, bis der mit dem Boden 11 verbun¬ dene feste Schenkel 1 und der mit der Wanne 17 verbundene oder verbindbare bewegliche Schenkel 3 verdrehfest gegenein¬ ander blockiert sind. Um die dafür benötigte Klemmkraft mög¬ lichst klein zu halten ist es empfehlenswert, im zentralen Bereich des Winkelmasses zwischen dem Boden 11 und der Wanne 17 eine Friktionsscheibe 39 einzulegen. In die Feststellmut¬ ter 4 kann in bekannter Weise ein austauschbarer Deckel 40

eingelegt werden.

In einer konstruktiven Variante des zentralen Bereiches kann das Klemmstück 20 gemäss Fig. 4b, um es in seiner axialen Lage gegenüber dem Boden 11 zu positionieren, an seinem obe¬ ren Ende durch eine Unterlagscheibe 21' und eine Federschei¬ be 22', auf die zweite Mutter 23', die auf den oberen Ge¬ windeabschnitt 24 der Achse 12 geschraubt wird, beaufschlagt werden. Je nach dem, wie fest die zweite Mutter 23' angezo¬ gen wird, bleibt die zwischen Boden 11 und Klemmstück 20 eingeklemmte Wanne 17 mehr oder weniger frei drehbar. Vor¬ teilhafterweise wird wird auch bei dieser Konstruktionsva¬ riante darauf geachtet, dass die Wanne 17 gegenüber dem Bo¬ den 11, und damit der drehbare Schenkel 3 gegenüber dem fe¬ sten Schenkel 1, spielfrei aber nicht ohne ein Minimum an von aussen einwirkendem Drehmoment drehbar ist, derart, dass die Schenkel 1 und 3 ruckfrei positioniert werden können, ohne dass sie sich unbeabsichtigt gegenüber einander ver¬ stellen. Um die Wanne 17 gegenüber dem Boden 11, und damit den drehbaren Schenkel 3 gegenüber dem festen Schenkel 1 nach durchgeführter Einstellung des gewünschten Winkels festzulegen, genügt es auch bei dieser Konstruktionsvarian¬ te, die Feststellmutter 4 anzuziehen, was bewirkt, dass der Ueberwurfring 25 die Wanne 17 kraftschlüssig über das Klemm¬ stück 20 zusätzlich gegen den Boden 11 presst, bis der mit dem Boden 11 verbundene feste Schenkel 1 und der mit der Wanne 17 verbundene oder verbindbare bewegliche Schenkel 3 verdrehfest gegeneinander blockiert sind.

Dank der erfindungsgemässen Konstruktion des Winkelmasses, und dabei insbesondere seines zentralen Bereiches mit der Lagerung der verschiedenen drehbaren Teile, ist es möglich, die bisher übliche Handhabung von Winkelmassen mit Nonius- Anzeigeskalen beizubehalten, ohne dass die im Zentrum vor¬ nehmbare axiale Verspannung der einzelnen mechanischen Teile einen Einfluss auf den kapazitiven Messwertgeber haben,

obwohl sie durch ihn hindurchtreten.

Die zentralen Löcher 6a und 10a (Fig. 3a und 3c) der beiden Elektrodenscheiben 6 und 10 sind grδsser dimensioniert als die Aussendurchmesser der durch sie hindurchtretenden und den Schild 8 und die Wanne 17 festklemmenden Teile. Dadurch ist gewährleistet, dass keine axiale Verschiebung von Wanne 11 und Klemmstück 20 relativ zueinander erfolgen kann, so dass die Lage der drei Komponenten des Messwertgebers - die beiden Elektrodenscheiben 6 und 10 und der Schild 8 - in Bezug auf ihre jeweiligen Distanzen zueinander, immer unver¬ ändert bleibt. Nur dank der Tatsache, dass dem so ist, be- einflusst das Festklemmen des drehbaren Schenkels 3 auf den festen Schenkel 1 den ^' elektromechanisch ermittelten und elektronisch in eine digitale Anzeige umgewandelten Winkel¬ wert nicht.

Bei Verwendung eines 2-Scheiben-Messwertgebers, bei dem die zweite Elektrodenscheibe 10 wegfällt, kann die Höhe des Win¬ kelmasses reduziert werden. Bei einer solchen AusführungsVa¬ riante wird zudem, wie oben erwähnt, der Schild 8 durch ei¬ nen passiven elektrostatischen Reflektor ersetzt.

Um das erfindungsgemässe Winkelmass möglichst präzise und mit Feingefühl einstellen zu können, wird es vorteilhafter¬ weise mit einer Feineinstellmechanik versehen, bei der es sich in bekannter Art um einen Drehknopf 5 (Fig. 1) handelt, der ein Ritzel 26, und damit den Deckel 2 mit dem drehbaren Schenkel 3 und die Wanne 17 _> im Sinne eines Satelliten um einen mit dem Boden 11 verbundenen Zahnkranz 27, und damit den festen Schenkel 1, herumdrehen lässt.

Um die Auswertelektronik 19 mit der das Elektrodenflächen- Muster 7 (Fig. 3a) tragenden Elektrodenscheibe 6 elektrisch zu verbinden, kann ein mit Leiterbahnen versehener Elastomer 28 verwendet werden. Zwecks Sicherstellung des Gegenpoles im

Schild 8 ist es zudem vorteilhaft, einen Kontaktring 29 vor¬ zusehen. Zweckmässigerweise wird das Ritzel 26 auch in einer Lagerbüchse 30 gelagert, um sicherzustellen, dass es genau geführt wird und nicht unbeabsichtigterweise mit dem Deckel 2 oder der Auswertelektronik 19 in Berührung kommt.

Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung in Ver¬ bindung mit bekannten technischen Konstruktionen in herkömm¬ lichen Winkelmassen die Realisierung eines neuen Winkelmas¬ ses gestattet, das von seiner praktischen Handhabung her jenem entspricht, den eingestellten Winkel aber digital an¬ zeigt. Durch Verwendung einer entsprechenden, an sich be¬ kannten Auswertelektronik 19 ist es auch möglich, jede be¬ liebige Ausgangsstellung der beiden Schenkel 1 und 3 als Eichmass zu definieren, von welchem aus ein Winkel gemessen werden kann. Dies ist in bekannter Art mittels eines "Re- set"-Knopfes 31 (Fig. 1) möglich, der die Elektronik auf "Null" setzt. Eine Umwandlung der Anzeige von Grad und Minu¬ ten auf Dezimalgrad ist ebenfalls realisierbar und kann mit¬ tels Knopfdruck (Knopf 32) leicht realisiert werden. Weitere elektronische Umschaltungen, z.B. eine 90°/l8θ°/36θ° Um¬ schaltung mittels eines weiteren Knopfes 33, kann ebenfalls vorgesehen werden. Sinnvoll ist es ferner, einen Ein-/Aus- knopf 34 vorzusehen, mittels welchem die Auswertelektronik ausgeschaltet werden kann. Als Anzeige 35 wird vorzugsweise eine LCD-Anzeige verwendet. Zwecks einfachem Auswechseln der für den Betrieb der Elektronik und der Anzeige notwendigen Batterie(n) empfiehlt es sich weiter, eine entsprechende Oeffnung mit Abdeckung 36 vorzusehen. Um die notwendigen Angaben bei den diversen Bedienungselementen des neuen Win¬ kelmasses den jeweiligen Gegebenheiten, die von der verwen¬ deten Elektronik abhängen, einfach anpassen zu können, ist es sinnvoll, in den Deckel 2 eine Frontplatte 37 einzuset¬ zen. Es kann ferner sinnvoll sein, das neue Winkelmass mit einem Ausgang für die Ausgabe des Messwertes mittels Druck auf einen entsprechenden Knopf 38 auf einen Computer oder

Drucker zu versehen.

Das erfindungsgemässe Winkelmass kann mit weiteren mechani¬ schen und/oder elektronischen Zusätzen versehen werden, um es den Anforderungen des Benutzers optimal anzupassen. Es kann in einzelnen Punkten auch anders konstruiert werden als im hiervor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit zwei Konstruktionsvarianten des zentralen Bereiches.

Fig. 7 illustriert eine vorteilhafte Weiterausgestaltung eines Erfindungsgemässen Winkelmasses, bei welchem auf dem drehbaren Schenkel 3 eine Wasserwaage oder Libelle (39) po¬ sitioniert ist, derart, dass das Winkelmass dazu verwendet werden kann, die Neigung einer Fläche gegenüber der Horizon¬ talen zu messen, ohne dass ein horizontaler Anschlag für den drehbaren Schenkel notwendig wäre.