Apparat zur Messung der Dicke von nichtmagnetisierbaren Schichten auf magnetisierbaren Materialien.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Messung der Dicke von Schichten von niehtmagnetisierbarem Material auf magnetisierbarem Material. Ein solcher Apparat kann zum Beispiel für die Messung der Dicke der Zinnschicht auf einem Stück Weissblech verwendet werden.
Der Begriff magnetisierbares Material , wie er in der folgenden Beschreibung verwendet wird, schliesst nur Materialien mit ferromagnetischen Eigenschaften ein, während jedes andere Material als nichtmagnetisierbar betrachtet wird.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, aber einfachen und robusten Apparates für die Messung der Dicke von Schichten von niehtmagnetisierbarem Material auf magnetisierbarem Material.
Der Apparat gemäss der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Stabmagneten, durch ein Kontaktstück aus ma guefisierbarem Material, das mit einem Ende des Stabmagneten in Berührung steht und so geformt ist, dass Tangentialebenen an die Oberfläche des : Kontaktstückes in Punkten, die bei Gebrauch des Apparates mit der Oberfläche des auszumessenden Materials in Berührung kommen, gegenüber der Längsaxe des Stabmagneten unter einem von Null ver sehiedenen Winkel geneigt sind, durch ein elastisch festgehaltenes Dreheisenstüek, das gegenüber der Mitte des Stabmagneten angeordnet ist, und durch einen mit dem Dreheisenstück verbundenen Zeiger, der sich in Abhängigkeit von der Bewegung des Dreheisenstückes über einer Skala bewegt.
Vorzugsweise ist der Stabmagnet und das Dreheisenstück in einem Gehäuse, das mindestens teilweise aus magnetisierbarem Material. besteht, montiert, wobei ein Teil des genannten Kontaktstückes aus dem Gehäuse durch eine Öffnung hervorragt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Apparates wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht, wobei die Deckplatte des Gehäuses entfernt ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 11-11 von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des bei dieser Ausführung verwendeten Dreheisenstückes.
Fig. 4 zeigt einen Aufriss der beweglichen Teile des Apparates.
Fig. 5 zeigt eine Rückansicht des gesamten beweglichen Teils.
Der in den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellte Apparat besitzt ein llauptgehänse aus Kunstharz, das aus zwei Teilen besteht. Ein Stahlblechgehäuse 2 bekleidet den grösseren Teil der Innenwände von Gehäuse 1. Durchsichtige Fenster 4 sind im Gehäuse 1 vorgesehen und gestatten die Beobachtung einer Skala und eines Zeigers, die später beschrieben werden. Die Gehäuse 1 und 2 sind mit Hilfe von acht Schrauben 5 (von denen in der Zeichnung nur vier sichtbar sind) auf einer Knnstharzplatte 3 befestigt, wobei die Bolzen 6 dazu dienen, die Deek- platte des Instrumentes, das heisst die rechts aussen liegende Begrenzung desselben in Fig. 2 von Platte 3 zti distanzieren.
Die Schrauben 5 sind in mit Gewinde versehenen Einsätzen eingeschraubt, die ihrerseits in die Platte 3 eingepresst sind.
Ein Stabmagnet 8 aus der als Alnico bekannten Legierung ist in eine Vertiefung 9 in der Platte 3 eingepasst und wird dort durch eine Madensehraube 10 (in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet), welche die Platte 3 bis zum Rand dnrchstösst, festgehalten. Ein Kontaktstück 11 aus verehromtem weichem Stahl ist gut haftend an der Fläche 12 des Stabmagneten 8 befestigt. Das B : ontaktstüek 11 durchsetzt die untere Seite des Apparates durch Löcher in den Gehänsen 1 und 2. Eine Gummidiehtung 13, die vom li : ontaktstüek 11 ebenfalls durch- setzt wird, ist zwischen Platte 3 und Stahlblechgehäuse 2 eingelegt.
Ein Drdieisensftick 14 (nicht sichtbar in Fig. 1) ist auf einer Achse 15 in der Nähe des 3. Iittelpunktes des Stabmagneten 8 befestigt.
Die Achse 15 ist in Edelsteinlagern in Fassungen 16 und 17 gelagert, wobei die eine Lagerfassung 16 in einen mit Gewinde versehenen Einsatz 18 in der Platte 3 und die anclere Lagerfassung 17 in eine Bohrung eines Querbalkens 19 aus Messing eingeschraubt ist, der seinerseits von zwei Bolzen 20 getragen wird, die fest mit der Platte 3 durch die Schrauben 21 verschraubt sind.
Die beweglichen Teile des Apparates, das Dreheisenstück 14 und die Achse 15 miteingeschlossen, werden im folgenden unter Beztignahme auf die Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. Fig 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Dreheisenstückes 14, das ein besonders geformtes Stück Nickeleisen ist, an das ein Haltestäbehen 22 angeschweisst ist. In dem Stäbehen 22 ist eine Öffnung 23 vorgesehen. in die die Achse 15 eingepasst ist, um das Dreheisenstück 14 zu tragen. Das Eisenblech verjüngt sich vom einen Ende 24 zum andern Ende 25 und ist spiralförmig gebogen, so dass das Ende 24 näher der Öffnung 23 liegt als das andere Ende 25.
Die Achse 15 hat an jedem Ende eine Spitze 26 (Fig. 4) für die Lagerung und ist auf einem Teil ihrer Länge mit einem Gewinde versehen. Das Dreheisenstück 14 ist dadurch auf der Achse 15 befestigt, dass die Achse 15 die Öffnung 23 in dem Stäbchen 22 durch- dringt und dass zwei Muttern 27 auf jeder Seite des Stäbchens aufgeschraubt sind. Ein Gegengewicht 28 ist auf das Ende des Stäbchens 22 aufgelötet, um das Dreheisenstück 1-1 bezüglich der Achse 15 auszubalaneieren. Eine Hülse 29 mit Flanschen ist ebenfalls auf der Achse 15 montiert und mit ihr mittels einer AIadensehraube 30 verbunden.
Vier Metallbänder 31 bis 34 (Fig. 5) treten aus dem einen
Flansch 35 der Hülse 29 in solchen Richtungen hervor, dass zwischen benachbarten Bändern ein rechter Winkel besteht. Das Band 31. ist zweimal reehtwinklig abgebogen und all seinem Ende mit dem einen Ende eines Stabes 36 verbunden, dessen anderes Ende einen Zeiger bildet, wie dies später beschrieben wird.
Die andern drei -Bänder 32 bis 34 können
Gegengewichte 37 bzw. 38 tragen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, wobei diese Gegen gewichte mit den Bändern verlötet sind, um die beweglichen Teile des Apparates auszu balaneieren. Ans dem Flansch 35 ist eine Zunge 39 herausgebogen in einer Richtung. die im wesentlichen parallel zur Achse 15 ist.
Das vom Flansch 35 entfernte Ende der Zunge 39 ist mit dem innern Ende einer ebenen Spiralfeder 40 verlötet, während das äussere Ende der Spiralfeder in starrer Lage relativ zu den Lagern der Achse 15 befestigt ist, wie dies später beschrieben wird. Die Spiralfeder 40 liefert die Richtkraft für das bewegliche System.
Ein Metallband 41 ist mit dem Flansch 42 der Iliilse 29 verbunden und trägt einen Dämpferflügel 43. aus Leichtmetall, der in einer Aussparung 44 der Platte 3 (Fig. 1 und 2) schwingt.
Im folgenden wird wieder auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das vom Metallband 31 entfernte Ende des Stabes 36 ist rechtwinklig abgebogen und zu einem Zeiger 45 flachgedrückt, der sieh über einer Skala bewegt, die auf der Oberfläche 46 eines gebogenen Metallbandes 47 eingraviert oder aufgebracht ist, wobei dieses Metallband durch Schrauben 48 auf der Platte 3 befestigt ist.
Ein einfacher Klemmechanismus ist dafür vorgesehen, die sich bewegenden Teile zu arretieren. Eine Metallstange 49 ragt ans einem Druckknopf 50 hervor, von dem ein Teil durch Bohrungen in den Gehäusen 1 und 2 durehtritt. Eine Verdickung 51 auf dem Druckknopf 50 wird gegen einen auf Platte 3 festgeschraubten metallischen Halter 52 durch eine Feder 53 gedrückt, welche zwischen die Verdiekung 54 und den Boden einer zylindri selben Bohrung 55 in der Platte 3 eingespannt ist. Der Druckknopf 50 erreicht den Boden der Bohrung 55 nicht, wenn die Verdickung bei 51 auf dem Halter 52 aufliegt. Das vom l) ruekknopf 50 entfernte Ende der Stange 49 ist rechtwinklig abgebogen und greift in eine Öffnung 56 in der Platte 3 ein.
Sofern der Druckknopf 50 nicht gedrückt wird, liegt die Stange 49 auf dem Stab 36 auf und verhindert ein freies Schwingen der beweglichen Teile in ihren Lagern. Beim Drücken des Druekknopfes 50 wird die Stange 49 gegen die Platte 3 bewegt, wodurch die beweglichen Teile frei in ihren Lagern schwingen können.
Es muss also während einer Messung der ruckBnopf 50 dauernd nach unten gedrückt werden.
Die Aussparung 4A, in der der Dämpfflügel 43 sehwingt, ist durch einen metallischen l)eckel 57 abgedeckt, der durch zwei Schran- ben 58 befestigt ist, wobei unter jeder von ihnen eine Anschlagfeder 59 eingeklemmt ist, deren vorstehende Teile mit elastischem Material 60 überzogen wird, wodurch die Bewegung des Stabes 36 begrenzt wird.
Die Vorspannung der Spiralfeder 40 kann geändert werden, wodurch die Nullstellung auf der Skala des Apparates eingestellt werden kann. Das innere Ende der Spiralfeder 40 ist, wie oben beschrieben, an die Zunge 39 gelötet, die ihrerseits indirekt mit der Achse 15 verbunden ist. Eine kleine kreisrunde Metallscheibe 61 ist auf die Lagerfassung 17 aufgeschraubt, in deren äussere Oberfläche ein Gewinde geschnitten ist, damit sie in den Querbalken 19 eingeschraubt werden kann, wobei sie über den Querbalken 19 auf der von der Welle 15 entfernten Seite vorsteht.
In die Lagerfassung 17 eingepasst und festgehalten zwischen der Scheibe 61 und dem Querbalken 19 befinden sich eine Metallamelle 62, eine Unterlagseheibe 63, an die ein Metallstreifen 64 angelötet ist, und Federunterlag- scheiben 65. Der Streifen 64 ist unter rechtem Winkel gebogen und mit dem äussern Ende der Spiralfeder 40 verlötet. Die Lamelle 62 besitzt einen Schlitz 66, in den ein Bolzen 67 eingreift, der exzentrisch auf einer Scheibe 68 montiert ist. Die Scheibe 68 ist mit einer Rändelseheibe 69 auf der Aussenseite des Gehäuses 1 mittels einer kurzen Welle, die im Gleitsitz in Öffnungen in den Gehäusen 1 und 2 sitzt, starr verbunden.
Beim Drehen der Rändelseheibe 69 dreht sich auch die Scheibe 68 und der Bolzen 67 bewirkt eine Drehung der Lamelle 62 in einem kleinen Winkelbereich, wobei eine Rotation der Rändelseheibe um 1800 eine Rotation der Lamelle 62 um zirka 300 zur Folge hat. Die Metallscheibe 61 ist genügend fest auf die Lagerfassung 17 aufgeschraubt, so dass die Drehung der Lamelle 62 die Unterlagsscheibe 63 und den an ihr angelöteten Metallstreifen 64 zur Drehung um den gleichen Winkel zwingt. Die Drehung des Metallstreifens 64 ändert die Nullage des Zeigers. : Eine Sperrschraube, deren Schrauben- kopf mittels einer Kappe 70 abgedeckt ist, tritt durch einen halbkreisförmigen Schlitz in der Rändelseheibe 69 und kann in das Gehäuse geschraubt werden, um die Rändelscheibe zu fixieren.
Der beschriebene Apparat arbeitet nach dem folgenden Prinzip: Wenn das Kontaktstück 11 auf die Oberfläche eines Körpers aus magnetisierbarem Material gebracht wird, erfährt das magnetische Feld in der Umgebung des Stabmagneten 8 eine Verzerrung, und im besonderen ändert sich auch das magnetische Feld beim Dreheisenstück 14, was eine Änderung der auf das Dreheisenstück 14 wirkenden Kraft zur Folge hat, die die Achse 15 zur Rotation bringt.
Das Stahlblechgehäuse 2 dient zur Erhöhung der : Empfindlic-hkeit der An- ordnung, indem dadurch erreicht wird, dass das Feld nur durch die unmittelbare Nähe von magnetisierbarem Material beim Luftspalt zwischen Gehäuse 2 und Kontaktstück 11 verzerrt wird, und dass die Verzerrung im wesentlichten unabhängig, zum Beispiel vom Nei gnngswinkel zwischen Kontaktstück und magnetisierbarem Material oder von der Lage des andern Pols des Stabmagneten 8 in bezug auf vom Kontaktpunkt entfernte Teile des magnetisierbaren Materials ist.
Der Apparat kann dadurch geeicht werden, dass zuerst das Kontaktstück 11 in Berührung mit einem Blech von magnetisierbarem Material gebracht wird, auf dem sich keine Schichten von nichtmagnetisierbarem Material befinden. Der Zeiger 45 wird auf den Skalennullpunkt gebracht, durch entsprechende Drehung der Rändelseheibe 69. Dann wird das Kontaktstück 11 in Berührung mit ebenen Oberflächen auf gleichen Blechen von magnetisierbarem Material gebracht, auf denen sich Schichten von niehtmagnetisierbarem Material verschiedener bekannter Dicken befin den. Durch Markieren der Ausschläge von Zeiger 45, wenn das Kontaktstüek 11 in Berührung mit den verschiedenen Blechen aus magnetisierbarem Material ist, kann die Skala geeicht werden.
Der Zeiger 45 erfährt die grösste Ablenkung aus seiner Ruhelage, wenn das Kontaktstück 11 mit magnetisierbarem Material ohne nichtmagnetisierbare Schichten in Berührung kommt, da das Feld des Stabmagneten 8 dann die grösste Verzerrung erleidet, während die Ablenkung des Zeigers 45 kleiner wird, wenn die Schicht von niehtmagnetisierbarem Material auf der Oberfläche dicker wird.
Beim Gebrauch des Instrumentes kann seine Genauigkeit dadurch gesteigert werden, dass die Nullstellung bei Berührung mit dem gIeiehen Körper ohne Überzug, dessen Schichtdicke an nichtmagnetisierbarem Material gemessen werden soll, einreguliert wird, wobei Apparat und Körper in der gleichen relativen Lage gehalten werden, wie dies bei der Dickenmessung der Fall ist. Auf diese Weise kann die Dicke von Schichten von nichtmagnetisierbarem Material auch noch auf nichtebenen Oberflächen von Körpern ohne weiteres mit beträchtlicher Genauigkeit gemessen werden, und im besonderen ist der beschriebene Apparat im Vergleich zu bekannten Apparaten mit gleichem Zweck besonders dazu geeignet, die Dicke von Schichten auf konkaven Flächen und bei kleinen Körpern zu messen.
Der Apparat besitzt gegenüber andern be kannten Apparaten mit gleichem Zweck weiter den Vorteil, dass nur ein Kontaktstück vorhanden ist und die Dicke beim Berührungspunkt gemessen wird, und nicht wie im Fall bekannter Apparate mit zwei oder mehr Kon taktstüeken der Mittelwert der Schichtdicken bei zwei oder mehr Kontaktpunkten.
Für den Apparat kann auch eine andere, zum Beispiel eine konische Form des Kontaktstückes gewählt werden, wobei die Basis des Konus in Kontakt mit der Fläche 12 des Stabmagneten 8 ist, während die schwach abgerundete Spitze des Konus auf die zu messende Fläche gesetzt wird. Weiter kann der Stabmagnet 8 innerhalb der Gehäuse 1 und 2 auf verschiedene Weise gelagert sein, und der Begriff unter einem Winkel der oben verwendet wurde, nm die Orientierung der Längs achse des Stabmagneten zu kennzeichnen, schliesst auch Fälle mit der Neigung 900 ein.