DE112014004389B4

DE112014004389B4 - Überlastungsschutz für Kraftaufnehmer-Messfühler

Info

Publication number: DE112014004389B4
Application number: DE112014004389.3T
Authority: DE
Inventors: William Masek; Peter Bermudez; Stephen M. McMahon; Adrian Riddick; Fernando L. Castro
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: US20160252437A1; DE112014004389T5; CN105683737A; WO2015069633A1; US9797820B2; CN105683737B

Abstract

Messfühleranordnung (100) zur Materialprüfung, aufweisend:- einen Messfühler (110), welcher angeordnet und ausgelegt ist zum Kontakt mit einer Materialprüfprobe (200), wobei der Messfühler (110) ferner eine Komponente eines Schaltmechanismus (108) aufweist, wobei in einer ersten Position des Messfühlers (110) der Schaltmechanismus (108) geschlossen ist und in einer zweiten Position des Messfühlers (110) der Schaltmechanismus (108) offen ist,- ein Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114), welches angeordnet und ausgelegt ist, durch eine Materialprüfmaschine (300) angetrieben zu werden;- eine Feder (106), welche zwischen dem Messfühler (110) und dem Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) angeordnet ist; wobei die Feder (106) die Kraft zwischen dem Messfühler (110) und dem Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) überträgt,wobei die Feder (106) ausgelegt ist, den Messfühler (110) als Antwort auf Kräfte unterhalb einer vorgewählten Schwelle in der ersten Position zu halten, so dass der Schaltmechanismus (108) sich in einer geschlossenen Konfiguration befindet, und als Antwort auf Kräfte über einer vorgewählten Schwelle zu komprimieren und den Messfühler (110) in die zweite Position zu bewegen, in welcher ein elektrischer Kontakt im Schaltmechanismus (108) gebrochen wird, so dass der Schaltmechanismus (108) offen ist, wobei die Hooks-Konstante der Feder (106) so gewählt wird, dass der elektrische Kontakt an der gewünschten Kraftschwelle bricht,dadurch gekennzeichnet,dass der Messfühler (110) Folgendes aufweist:- eine Öffnung (123) eines zylindrischen unteren Gehäuses (102),- eine untere Spitze (112), welche die Materialprüfprobe (200) kontaktiert,- einen unteren Messfühlerkörper (138) mit erhöhtem Durchmesser über der unteren Spitze (112), und- eine Kontaktkissenanordnung (140) über dem unteren Messfühlerkörper (138), wobei ein unterer Rand (137) des unteren Messfühlerkörpers (138) einen unteren konisch geformten Abschnitt (132) der Öffnung (123) in einem im Wesentlichen kreisförmigen Kontaktring kontaktiert, und wobei die Kontaktkissenanordnung (140) erste, zweite und dritte sich radial erstreckende Kontaktkissen (142, 144, 146) aufweist, welche einen oberen zylindrisch geformten Teil (136) der Öffnung (123) kontaktieren.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/900 778 , welche am 6. November 2013 eingereicht wurde.
Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein einen Überlastungsschutz für einen Kraftaufnehmer-Messfühler, so dass eine zu testende Probe oder Vorrichtung geschützt ist, wenn durch den Messfühler während der Materialprüfung übermäßige Kräfte angelegt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Messfühleranordnung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1.
Beschreibung des Standes der Technik
Materialprüfmaschinen, welche zum Messen von Kräften und Verschiebungen von nachgiebigen Flächen unter Druck verwendet werden, verwenden einen Kraftaufnehmer-Kraftsensor mit einem Messfühler, um die zu testende Probe zu kontaktieren. Der Messfühler wird mit einem linearen Präzisionsantriebssystem in die Probe getrieben, und die Verschiebung wird mit einem linearen Wegaufnehmer oder einem Drehgeber gemessen. Die Materialprüfmaschine hat Software, welche ausgelegt ist, die Position des Kraftaufnehmers mit Kraftfeedback anzuordnen und zu steuern, welches durch den Kraftaufnehmer über den Messfühler bereitgestellt wird, welcher die nachgiebige Probe kontaktiert. Es gibt einige Anwendungen, üblicherweise in automatisierten Umgebungen, wie z.B. Montagelinien in Fabriken, bei welchen die Belastungstestmaschine mit externer Software verbunden ist, welche Bewegungsbefehle zum Starten und Stoppen von Tests auslöst sowie zum Sammeln und Verarbeiten der Testergebnisse der Materialprüfmaschine.
Es kann Gelegenheiten geben, bei welchen die Steuerung der Antriebsachse unnormal und unvorhersehbar werden kann. Ein Beispiel unnormalen Verhaltens des Systems ist, bei welchem das Antriebssystem, welches den Messfühler in der Probe positioniert, unabsichtlich „prozessparallel (open loop)“ mit hoher Geschwindigkeitsrate eine sehr hohe Last in die Probe treibt. Dieses Szenario kann die zu testende Probe oder in der Nähe befindliche Einrichtungen beschädigen und/oder stellt ein Sicherheitsrisiko für die Personen rund um die Testeinrichtung dar. Es gibt üblicherweise verschiedene Software und elektronische Geschwindigkeits- und Belastungsgrenzen an den Materialprüfmaschinen, welche diese unbeabsichtigte außer Kontrolle geratene Bewegung stoppen sollen. In einigen Fällen kann jedoch der außer Kontrolle geratene Zustand entweder zu schnell auftreten oder während eines Zustandes der Nicht-Kommunikation oder eines „Aufhäng“-Zustandes durch die Steuersoftware, wobei die Software oder elektrische Grenzwerte nicht rechtzeitig reagieren können und das Aufprallereignis nicht durch die normalen Mittel verhindert werden kann.
Einige mögliche Ursachen, dass die Bewegung des Antriebssystems unvorhersehbar wird und außer Kontrolle gerät, könnten sein:

- Versagen in einer Antriebssystem-Hardwarekomponente (Motor, Wertgeber, Kraftverstärker, Kabel)
- Softwarefehler
- Inkompatible Wechselwirkung zwischen der Software der Prüfmaschine, Hardware und Firmware
- Wechselwirkung mit der Firmensoftware, welche die Belastungstestmaschine befehligt und steuert
- Umgebungsbedingungen - Bedienungspersonen, Stromspitzen oder Überspannung.

Ein übliches Verfahren zum Begrenzen des Drehmoments eines Motors ist, eine elektrische oder mechanische Reibungsschlupfkupplung zwischen dem Motor und der Antriebswelle zu verwenden. Diese Lösung war für dieses Design nicht zufriedenstellend, da sie nicht am Anwendungspunkt der Belastung/Probe ist und das das System hohe Ströme während seines normalen Betriebs zieht - insbesondere wenn das Antriebssystem beschleunigen und verzögern muss. Außerdem könnte eine Reibungskupplung unter diesen Bedingungen rutschen, was unerwünscht wäre.
Die Druckschrift US 4 447 958 A betrifft einen Berührungssensor, der verwendet wird, um die Bearbeitungsgenauigkeit von zu bearbeitenden oder zu verwendenden Gegenständen in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit einem automatischen Werkzeugkonverter (ATC) zu überprüfen. Der Berührungssensor weist einen Sensorstab auf, der das Werkstück berührt und die zu bearbeitende Position erfasst. Ferner ist ein Stößel vorgesehen, welcher die Verschiebung des Sensorstabs in eine gradlinige Bewegung umsetzt. Der Berührungssensor umfasst ferner einen Kugelgelenkabschnitt, der zwischen dem Sensorstab und dem Stößel vorgesehen ist. Darüber hinaus ist ein Flanschabschnitt vorgesehen, der am hinteren Endabschnitt des Sensorstabs vorgesehen ist. Mit dem Flanschabschnitt ist eine Abtastvorrichtung verbunden. In dem Berührungssensor wird die Verschiebung der Sensorstange mit der Abtastvorrichtung durch den Flanschabschnitt erfasst. Die Erfassungssignale werden an einen Speicher oder an die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine übertragen.
Die Druckschrift DE 35 32 184 C1 betrifft einen Kollisionsschutz für den Tastkopf einer Messmaschine. Der Kollisionsschutz wird durch eine nachgiebige Halterung für den Tastkopf realisiert, die aus einem Zentrierkörper mit großem Hub und einer den Tastkopf gegen Torsion sichernden Blattfeder besteht. Als Zentrierkörper dient eine am Tastkopf befestigte Kugel, die in eine konische Vertiefung am Maschinenteil eingehängt ist. Der Zentrierkörper nimmt gleichzeitig das Eigengewicht des Tastkopf auf.
Die Druckschrift US 2003 / 0 160 520 A1 betrifft eine Roboterunfallschutzvorrichtung, die zur Anbringung zwischen einem Roboterarm und einem Roboterwerkzeug zur Feststellung eines Unfalls angeordnet werden kann.
Die Druckschrift US 4 998 606 A betrifft eine Abreißkupplung für Roboterwerkzeuge am Ende eines Arms, wobei die Abreißkupplung ein Gehäuse und ein bewegliches Element umfasst, das innerhalb des Gehäuses für eine Bewegung entlang einer zentralen Achse eingespannt ist.
Die Druckschrift JP H11 - 23 434 A betrifft eine Materialprüfmaschine.
Die Druckschrift DE 10 2011 079 738 A1 betrifft einen Tastkopf umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse eine erste Gehäuseeinheit, das zur Befestigung an einer Maschine bestimmt ist, und eine zweite Gehäuseeinheit, an welcher ein Taststift auslenkbar gelagert ist, aufweist. Die zweite Gehäuseeinheit ist beweglich an der ersten Gehäuseeinheit auslenkbar gelagert. Der Tastkopf weist weiterhin eine Schalteinheit auf, der ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement umfasst, wobei die Kontaktelemente derart angeordnet sind, dass bei einer Auslenkung der zweiten Gehäuseeinheit relativ zu der ersten Gehäuseeinheit die Kontaktelemente in Abhängigkeit von der Richtung der Auslenkung an unterschiedlichen Punkten gegenseitig in Kontakt bringbar sind, wobei durch diesen Kontakt ein elektrisches Schaltsignal auslösbar ist.
Ein weiterer Roboter-Kollisionsschutzsensor ist aus dem Produktkatalog ATI INDUSTRIAL AUTOMATION (März 2008) bekannt.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die Erfindung betrifft eine Messfühleranordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
Die vorliegende Offenbarung lieferte eine elektromechanische sicherungsartige Konfiguration, welche in den Messfühler eingebaut ist, welcher die Probe bei der Materialprüfung kontaktiert. Das offenbarte Design weist ein zweiteiliges Messfühlerverbindungsstück mit einer inneren vorgespannten Druckfeder und einem elektrischen Kontaktschalter auf. Die auf die gewünschte Sicherheitsbelastung vorgespannte Feder führt in der Messfühleranordnung dazu, dass die Belastung direkt von der Messfühlerspitze zum Kraftaufnehmer für Belastungen unter den Punkt geleitet wird, an welchem die Feder zusätzlich komprimiert. Bei Biegung der Feder über die Sicherheitsvorbelastung hinaus, komprimiert eher die Feder innerhalb des Messfühlerverbindungsstückes als die Messfühlerspitze weiterhin in die Probe zu verschieben. Die Kompression der Feder hält bei zusätzlicher Verschiebung durch das Antriebssystem an, bis ein elektrischer Kontakt gebrochen wird. Der elektrische Kontakt ist mit dem Notausschalter der Materialprüfmaschine verdrahtet und wenn er gebrochen wird, wird der Notausschalter ausgelöst und schaltet die Materialprüfmaschine sofort ab und verhindert jegliche weitere Bewegung des Messfühlers und Beschädigung der Probe. Dies ist schematisch in 1 dargestellt, welche den Messfühler in seinem normalen Zustand zeigt, in welchem er eine leichte Belastung an die Probe anlegt. 2 zeigt das Messfühlerverbindungsstück und die Feder, welche einer Kompression über die sichere Vorbelastungs- und Verschiebungsgrenze hinaus unterworfen wird, wodurch der elektrische Kontakt gebrochen wird und der Notausschalter ausgelöst wird, um die Materialprüfmaschine zu stoppen.
Figurenliste
Weitere Ziele und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen

1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der Messfühleranordnung der vorliegenden Offenbarung in einem normalen Zustand ist;
2 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der Messfühleranordnung der vorliegenden Offenbarung in einem Sicherheits- oder komprimierten Zustand ist;
3 eine perspektivische Ansicht der demontierten Messfühleranordnung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine detaillierte Ansicht der ersten Ausführungsform der Messfühleranordnung der vorliegenden Offenbarung ist;
5 eine obere Draufsicht eines Teils der Messfühleranordnung von 4 ist;
6 eine abgeschnittene Ansicht eines Teils der Messfühleransicht von 4 und 5 ist;
7 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Messfühleranordnung der vorliegenden Offenbarung in einem Normalzustand ist;
8 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Messfühleranordnung der vorliegenden Offenbarung in einem Sicherheits- oder komprimierten Zustand ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail, in welchen gleiche Zahlen in allen Ansichten gleiche Elemente betreffen, sieht man, dass 1 bis 6 eine erste Ausführungsform der Messfühleranordnung 100 (oder des Messfühlerverbindungsstücks) der vorliegenden Offenbarung im Normalzustand (1), im Sicherheitszustand (2) und im demontierten Zustand (3) darstellen. 1 bis 3 zeigen, dass die Messfühleranordnung 100 ein unteres Gehäuse 102 und ein oberes Gehäuse 104 mit einer inneren vorgespannten Druckfeder 106 und einem elektrischen Kontaktschalter 108 aufweisen. Der Messfühler 110 weist eine untere Messfühlerspitze 112 auf, welche die Probe oder Testfläche 200 kontaktiert.
Wie in 1 dargestellt, weist die Messfühleranordnung 100 ein zylindrisches unteres Gehäuse 102 auf, welches hohl ist und üblicherweise aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Metall hergestellt ist. Das untere Gehäuse 102 weist eine äußere zylindrische Wand 103 auf, welche mit einer oberen inneren Trägerwand 105 integral ist, welche eine äußere Gewindefläche aufweist, welche ausgelegt ist zum Schraubeingriff mit einer inneren Gewindefläche im oberen Gehäuse 104, wobei das obere Gehäuse 104 konzentrisch außerhalb zur oberen inneren Trägerwand 105 benachbart in einem Gewindeeingriff angeordnet ist. Das untere Gehäuse 102 und das obere Gehäuse 104 teilen eine gemeinsame Längsachse. Das zylindrische obere Gehäuse 104 ist im Gewindeeingriff über der oberen inneren Trägerwand 105 des unteren Gehäuses 102. Die äußere zylindrische Wand 103 des unteren Gehäuses 102 weist ferner eine seitliche Öffnung 107 auf, durch welche sich ein Stecker 116 erstreckt, wobei die Längs- oder Drehachse des zylindrischen Steckers 116 senkrecht zur Längs- oder Drehachse des zylindrischen unteren Gehäuses 102 ist. Der Stecker 116 ist ausgelegt und angeordnet, elektrisch mit dem Notausschalter der zugeordneten Materialprüfmaschine 300 verdrahtet zu werden, so dass die Materialprüfmaschine in Betrieb ist, wenn Strom durch den Stecker 116 (d.h. 1) fließt, und den Notausschalter auslöst, um die Materialprüfmaschine 300 zu stoppen und die Bewegung des Messfühlers 110 anzuhalten, wenn der Kontaktschalter 108 offen ist und kein Strom dem Stecker 116 zugeführt wird (d.h. 2).
Die Spiralfeder 106 sitzt im oberen Gehäuse 104 und ist im Kompressionsmodus gespannt. Das untere Ende der Spiralfeder 106 ist mit dem Messfühlerkörper 138 des unteren Messfühlers 110 in Eingriff. Der untere Messfühler 110 endet in der unteren Messfühlerspitze 112. Das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück 114 erstreckt sich vertikal und integral von der oberen Kappe 115 des oberen Gehäuses 104 zur Materialprüfmaschine 300. Das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück 114 kann ferner ein scheibenförmiges Anschlagselement 119 aufweisen, welches unmittelbar über der oberen Kappe 115 positioniert ist. Der untere Messfühler 110 erstreckt sich durch eine Öffnung 123, welche in der unteren Kappe 121 des unteren Gehäuses 102 gebildet ist.
In 1 ist ein elektrischer Kontaktschalter 108 zwischen der Schalterkomponenten 109 und den ersten und zweiten halbzylindrischen elektrischen Kontakten 111 und 113 gebildet, wodurch der Stromkreis zum Stecker 116 geschlossen wird und Strom hindurchfließen lässt. In 2 wird jedoch, wenn die Schalterkomponente 109 angehoben wird, in Übereinstimmung mit dem Druck der Spiralfeder 106, wie in 2 dargestellt, der elektrische Kontaktschalter 108 geöffnet, dieser Stromkreis unterbrochen und er lässt kein Strom zwischen den ersten und zweiten halbzylindrischen elektrischen Kontakten 111, 113 fließen und kein Strom fließt durch den Stecker 116.
Wie in 1 dargestellt, wird die Spiralfeder 106 auf die gewünschte Sicherheitsbelastung vorgespannt, wodurch in der Messfühleranordnung 100 die Belastung von der unteren Messfühlerspitze 112 direkt über das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück 114 zum Kraftaufnehmer der Materialprüfmaschine 300 für Lasten unterhalb den Punkt geleitet wird, wo die Spiralfeder 106 zusätzlich komprimiert. In anderen Worten wird die an der unteren Messfühlerspitze 112 angelegte Kraft direkt durch die vorgespannte Druckfeder 106 auf die obere Kappe 115 und das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück 114 und schließlich auf den Kraftaufnehmer übertragen. Wie in 2 dargestellt, komprimiert bei der Biegung der Spiralfeder 106 über die Sicherheitsvorbelastung hinaus, die Spiralfeder 106 innerhalb des oberen Gehäuses 104 der Messfühleranordnung 100 eher als die untere Probenspitze 112 weiter in die Probe oder Testfläche 200 zu verschieben. Die Kompression der Spiralfeder 106 setzt sich fort bei der zusätzlichen Verschiebung durch das Antriebssystem der Materialprüfmaschine 300 bis ein elektrischer Kontakt im elektrischen Kontaktschalter 108 gebrochen wird. In anderen Worten, bei einer Überlastungsbewegung komprimiert die Spiralfeder 106, was eine relative Bewegung innerhalb der Messfühleranordnung 100 verursacht, bis ein elektrischer Kontakt gebrochen wird. Diese Steifigkeit oder Hooks Konstante der Feder 106 wird so gewählt, dass dies an der gewünschten Kraftbruchstelle oder der gewünschten Kraftschwelle geschieht. Der elektrische Kontaktschalter 108 ist mit dem Notausschalter der Materialprüfmaschine 300 über den Stecker 116 verdrahtet, und wenn er gebrochen wird, wird der Notausschalter ausgelöst und schaltet sofort die Materialprüfmaschine 300 ab und verhindert jede weitere Bewegung des Messfühlers 110 und Beschädigung an der Probe 200. 1 zeigt wieder den Messfühler 110 in seinem normalen Zustand, in welchem leichte Belastungen an die Probe angelegt werden. 2 zeigt das Messfühler-Verbindungsstück und die Spiralfeder 106, welche einer Kompression über die sichere Vorbelastung und Verschiebungsgrenze hinaus unterzogen werden, wobei der elektrische Kontakt des elektrischen Kontaktschalters 108 bricht und den Notausschalter über den Stecker 116 auslöst, um die Materialprüfmaschine 300 zu stoppen und die Bewegung des Messfühlers 110 anzuhalten.
4 und 6 zeigen die Details der Öffnung 123 in der unteren Kappe 121 des unteren Gehäuses 102 sowie die des unteren Messfühlers 110. Die Öffnung 123 weist einen unteren konisch geformten Abschnitt 132 mit einer unteren Öffnung 134 mit verringertem Durchmesser auf, und eine obere zylindrisch geformte Bohrung 136. Der untere Messfühler 110 weist eine untere Spitze 112 auf, welche wie zuvor beschrieben, die Probe 200 kontaktiert. Der untere Messfühler 110 weist ferner einen unteren Messfühlerkörper 138 mit erhöhtem Durchmesser über der unteren Spitze 112 auf und eine Kontaktkissenanordnung 140 über dem unteren Messfühlerkörper 138. Bei dieser Ausführungsform kann das untere Ende der Feder 106 den unteren Messfühler 110 durch Wickeln um den unteren Messfühlerkörper 138 in Eingriff bringen. Wie in 5 dargestellt ist die Kontaktkissenanordnung 140 ein dreiflügliger Vorsprung mit ersten, zweiten und dritten sich radial erstreckenden Kontaktkissen 142, 144, 146. Der mit einem Radius versehene untere Rand 137 des unteren Messfühlerkörpers 138 kontaktiert den unteren konisch geformten Abschnitt 132 der Öffnung 123 in einem im wesentlichen kreisförmigen Kontaktring. Dieser Kontaktring überwindet zusammen mit der Einschachtelungskraft der Spiralfeder 106 die drei linearen Freiheitsgrade (Seite-zu-Seite, vorne-nach-hinten und auf-und-ab) des unteren Messfühlerkörpers 138. In ähnlicher Weise überwindet die Konfiguration der Kontaktkissenanordnung 140 mit den ersten, zweiten und dritten radial sich erstreckenden Kontaktkissen 142, 144, 146, welche den oberen zylindrisch geformten Teil 136 der Öffnung 123 kontaktieren, zwei ringförmig Auslösebewegungen (vorne-nach-hinten und Seite-zu-Seite) durch eine Scheibe in einer Bohrungsverbindung. Der dreiflüglige Vorsprung der Kontaktkissenanordnung 140 passt in die obere zylindrisch geformte Bohrung 136 der Öffnung 123 in einer Rand-zu-Rand-Passung. Erste, zweite und dritte radial sich erstreckende Kontaktkissen 142, 144, 146 werden verwendet und ermöglichen dadurch geringen Verschleiß der Kissen, wenn die Teile mit Pressung passen. Die Kontaktkissen 142, 144, 146 können aus Kunststoff hergestellt sein, um solch einen Verschleiß zu ermöglichen. Der Drehfreiheitsgrad wird nicht angesprochen, da der untere Messfühler 110 rotationssymmetrisch ist, so wird nicht erwartet, dass Rotation die Mechanik der Messfühleranordnung 100 beeinflusst.
7 und 8 offenbaren eine zweite Ausführungsform der Messfühleranordnung 100 der vorliegenden Offenbarung. Diese Ausführungsform ist ähnlich wie die erste Ausführungsform der 1 bis 3. Jedoch ist die Schaltfunktion aus dem Innern der Messfühleranordnung entfernt, so dass die seitliche Öffnung 107, der elektrische Kontaktschalter 108, die Schalterkomponente 109, erste und zweite halbzylindrische elektrische Kontakte 111, 113 und der Stecker 116 weggelassen sind. Vielmehr erfasst die zugeordnete Testmaschine 300 (insbesondere das Bewegungsdetektormodul 302) die übermäßige Bewegung des Antriebssystems über eine vorbestimmte Schwelle hinaus (wie durch die Position des Kraftaufnehmer-Verbindungsstücks 114 offensichtlich ist), was durch die Biegung der Spiralfeder 106 ermöglicht wird, wie in 8 dargestellt, und schaltet das Antriebssystem der zugeordneten Prüfmaschine 300 ab.
So werden die verschiedenen zuvor genannten Ziele und Vorteile am wirkungsvollsten erreicht. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart und hier im Detail beschrieben wurden, sollte es klar sein, dass diese Erfindung in keiner Weise dadurch beschränkt ist und ihr Umfang soll durch den der beigefügten Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Messfühleranordnung (100) zur Materialprüfung, aufweisend: - einen Messfühler (110), welcher angeordnet und ausgelegt ist zum Kontakt mit einer Materialprüfprobe (200), wobei der Messfühler (110) ferner eine Komponente eines Schaltmechanismus (108) aufweist, wobei in einer ersten Position des Messfühlers (110) der Schaltmechanismus (108) geschlossen ist und in einer zweiten Position des Messfühlers (110) der Schaltmechanismus (108) offen ist, - ein Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114), welches angeordnet und ausgelegt ist, durch eine Materialprüfmaschine (300) angetrieben zu werden; - eine Feder (106), welche zwischen dem Messfühler (110) und dem Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) angeordnet ist; wobei die Feder (106) die Kraft zwischen dem Messfühler (110) und dem Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) überträgt, wobei die Feder (106) ausgelegt ist, den Messfühler (110) als Antwort auf Kräfte unterhalb einer vorgewählten Schwelle in der ersten Position zu halten, so dass der Schaltmechanismus (108) sich in einer geschlossenen Konfiguration befindet, und als Antwort auf Kräfte über einer vorgewählten Schwelle zu komprimieren und den Messfühler (110) in die zweite Position zu bewegen, in welcher ein elektrischer Kontakt im Schaltmechanismus (108) gebrochen wird, so dass der Schaltmechanismus (108) offen ist, wobei die Hooks-Konstante der Feder (106) so gewählt wird, dass der elektrische Kontakt an der gewünschten Kraftschwelle bricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (110) Folgendes aufweist: - eine Öffnung (123) eines zylindrischen unteren Gehäuses (102), - eine untere Spitze (112), welche die Materialprüfprobe (200) kontaktiert, - einen unteren Messfühlerkörper (138) mit erhöhtem Durchmesser über der unteren Spitze (112), und - eine Kontaktkissenanordnung (140) über dem unteren Messfühlerkörper (138), wobei ein unterer Rand (137) des unteren Messfühlerkörpers (138) einen unteren konisch geformten Abschnitt (132) der Öffnung (123) in einem im Wesentlichen kreisförmigen Kontaktring kontaktiert, und wobei die Kontaktkissenanordnung (140) erste, zweite und dritte sich radial erstreckende Kontaktkissen (142, 144, 146) aufweist, welche einen oberen zylindrisch geformten Teil (136) der Öffnung (123) kontaktieren.
Messfühleranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Feder (106) eine Spiralfeder ist, welche in einem Kompressionszustand vorgespannt ist.
Messfühleranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Teil des Messfühlers (110) von dem zylindrischen unteren Gehäuse (102) umgeben ist.
Messfühleranordnung (100) nach Anspruch 3, wobei mindestens ein Teil der Feder (106) von einem zylindrischen oberen Gehäuse (104) umgeben ist.
Messfühleranordnung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das zylindrische untere Gehäuse (102) eine untere Kappe (121) aufweist, wobei die untere Kappe (121) ferner die Öffnung (123) aufweist, durch welche sich der Messfühler (110) erstreckt.
Messfühleranordnung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das zylindrische obere Gehäuse (104) eine obere Kappe (115) aufweist, und wobei die obere Kappe (115) an dem Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) befestigt ist, wobei ein erstes Ende der Feder (106) mit dem Messfühler (110) in Eingriff ist und ein zweites Ende der Feder (106) in der oberen Kappe (115) verschachtelt ist.
Messfühleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Schaltmechanismus (108) einen Stecker aufweist, welcher sich durch das zylindrische untere Gehäuse (102) erstreckt.
Messfühleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltmechanismus (108) angeordnet und konstruiert ist, betriebsmäßig mit einer Materialprüfmaschine (300) verbunden zu werden.
Messfühleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltmechanismus (108) angeordnet und konstruiert ist, elektrisch mit einem Anschlagsmechanismus einer Materialprüfmaschine (300) verdrahtet zu werden, welche das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) antreibt.
Messfühleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das zylindrische untere Gehäuse (102) vom zylindrischen oberen Gehäuse (104) trennbar ist.
Messfühleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das zylindrische untere Gehäuse (102) eine obere innere Trägerwand (105) aufweist und wobei das zylindrische obere Gehäuse (104) konzentrisch über die obere innere Trägerwand (105) passt.
Messfühleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei das Kraftaufnehmer-Verbindungsstück (114) ein mechanisches Anschlagselement (119) aufweist, um die Bewegung des Kraftaufnehmer-Verbindungsstücks (114) in das zylindrische obere Gehäuse (104) zu begrenzen.
Messfühleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei das zylindrische untere Gehäuse (102) und das zylindrische obere Gehäuse (104) eine gemeinsame Längsachse aufweisen.