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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen und Messen
von Oberflächeneigenschaften fester Körper, z. B. der Härte in kleinen Bereichen
unter Verwendung einer Vorrichtung, die in an sich bekannter Weise eine Prüfsonde
enthält mit einer definierten Kontaktfläche, insbesondere in Gestalt einer Spitze,
aus hartem Material, die auf das zu prüfende Werkstück aufgesetzt wird, und bei
der die Sonde zu Schwingungen angeregt werden kann. Diese bekannte Vorrichtung wurde
dazu verwendet, Schallenergie bzw. Ultraschallenergie auf das Werkstück zu übertragen,
wobei zur Ermittlung von Fehlstellen im Inneren des Werkstückes die an der Rückseite
des Werkstückes austretende Schallenergie oder die an Fehlstellen reflektierte Schallenergie
gemessen wurde.
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Dabei wurde stets eine, zum mindesten während einer Messung unveränderliche
Frequenz und unveränderliche Schallenergie angewandt, und die Kopplung der Spitze
mit dem Prüfkörper wurde ebenfalls konstant gehalten, da nur unter diesen Umständen
die Voraussetzung erfüllt ist, daß sich vorhandene Fehlstellen durch die Änderung
der empfangenen Schallenergie bemerkbar machen.
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Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß sich die Eigenfrequenz
der zu elastischen Schwingungen angeregten Sonde ändert, wenn auf Stellen dieser
Sonde, die nicht in Knotenlinie liegen, Kräfte einwirken, beispielsweise das Ende
der Sonde mechanisch belastet wird durch kraftschlüssige Berührung mit der Oberfläche
eines festen Körpers. Diese Änderung der Eigenfrequenz hatte bei der bekannten Verwendung
solcher Prüfeinrichtungen zur Folge, daß die Verfahren verhältnismäßig grob und
ungenau waren, da die beobachteten Amplitudenänderungen sowohl auf Dämpfungsverluste
infolge der Reibung als auch auf Verstimmung durch die Veränderung des mechanischen
Kontaktes mit dem Prüfling zurückzuführen sein konnten und diese Änderungen sich
als Fehlerquellen auswirkten.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung dagegen schaltet nicht
nur solche Fehlerquellen aus, sondern benutzt die Frequenzänderung selbst für die
zerstörungsfreie mechanische Werkstoffprüfung. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch,
daß entweder eine zu ungedämpften mechanischen Schwingungen erregte Sonde mit einer
definierten Kontaktfläche aus hartem Material mit einer definierten Kontaktkraft
auf den Prüfkörper aufgesetzt wird und der von der mechanischen Kopplung mit dem
Prüfkörper abhängige Resonanzzustand der Sonde durch Änderung einer frequenzbestimmenden
Größe hergestellt wird, wobei die Änderung der frequenzbestimmenden Größe als Maß
für die Oberflächeneigenschaft dient, oder dadurch, daß eine zu ungedämpften mechanischen
Schwingungen erregte Sonde mit einer definierten Kontaktfläche aus hartem Material
unter Ausübung einer Kontaktkraft auf den Prüfkörper aufgesetzt wird und die zum
Erzielen des vom Kopplungsgrad mit dem Prüfkörper abhängigen Resonanzzustandes der
Sonde erforderliche Kontaktkraft als Maß für die Oberflächeneigenschaften dient.
Insbesondere ist es zweckmäßig, eine Sonde mit einer Kontaktspitze zu verwenden.
Bei dem ersten Verfahren, bei dem die Kontaktkraft eine definierte Größe haben soll,
kann dies dadurch erreicht werden, daß die Kontaktkraft durch das Gewicht der Sonde
und der mit ihr verbundenen Spulen zum Erregen und zum Nachweis der Schwingungen
und weitere, mit der Sonde verbundener Körper erzeugt wird.
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Das Verfahren nach Anspruch 1 kann auch zum Messen von Kräften Anwendung
finden, dadurch, daß bei definierten Kontaktverhältnissen zwischen der Sonde und
dem Prüfkörper aus der Resonanzfrequenz der Sonde auf die Größe der Kontaktkraft
geschlossen wird.
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Bei der Durchführung des Verfahrens, in der Form, daß die Kontaktkraft
konstant gehalten wird, kann als frequenzbestimmende Größe beispielsweise ein Drehkondensator
dienen, wobei die zur Herstellung des Resonanzzustandes erforderliche Verstellung
des Drehkondensators unmittelbar ein Maß für die festzustellenden Oberflächeneigenschaften
ergibt. Selbstverständlich kann die Frequenz, bei der der Resonanzzustand eintritt,
auch an einem Frequenzmesser abgelesen werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf folgenden physikalischen
Überlegungen: Ein Stab mit der Länge 1, dem Querschnitt Q, dem Elstizitätmodul E
und der Dichte kann bekanntlich Längsschwingungen ausführen, deren Frequenz bei
einem allseitig freien Stab c f = n # (1) ist, wobei mit
die Schallgeschwindigkeit im Stab bezeichnet ist. n ist dabei eine ganze Zahl. Für
die Grundschwingung ist n = 1.
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Wird ein derartiger Stab einseitig eingespannt, so beträgt die Resonanzfrequenz
fR = (2 n 4 1. (3) Auch hier ergibt n = 1 wieder die Grundfrequenz, die halb so
groß ist wie im Fall des beiderseits freien Stabes. n = 2 gibt als erste Oberschwingung
eine Frequenz, die um 50 °/0 höher ist als die Frequenz der Grundschwingung des
beiderseits freien Stabes.
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Die starre Einspannung des einen Endes des Stabes kann aufgefaßt
werden als eine Ankopplung des Stabes an einen Körper mit unendlich großer mechanischer
Impedanz, wobei die Kopplungsimpedanz selbst unendlich groß ist. Wird der Stab nur
lose angekoppelt, so ergibt sich eine Kopplungsimpedanz, die einen endlichen Wert
hat. Theoretische Untersuchungen ergaben, daß das Kopplungsglied bei Spitzenkontakt
in ausgezeichneter Annäherung durch eine Feder der Federzahl K ersetzt werden kann.
Damit ergibt sich dann für das Spektrum der Resonanzfrequenzen die einfache transzendente
Gleichung l α # tg α = #k, (4) E#Q worin α die Resonanzfrequenz
fR enthält: 2 # # # l α = # fR. (5) c Die Lösungen os dieser Gleichung sind
eine Funktion von K. Im Sonderfall K= 0 findet man als Lösung: α = 0, #, 2##
... n Dies entspricht den Resonanzen des freien Stabes.
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Der zweite Sonderfall K = co liefert das Resonanzspektrum des einseitig
eingespannten Stabes: ,=- 3##. 5## (2 α = 2; 2; 2 # (2#n+1)#2 Wird nun die
Kopplung variiert, d. h. Iäßt man K von Null bis Unendlich laufen, so ergeben sich
diskrete Resonanzbereiche wie folgt: # 1. Bereich 0 # α # 2 3## 2. Bereich
2 5 .
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3. Bereich 2## # α # 2 # # # # n-ter Bereich (n-1) # # # α
# (2#n-1).
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Für den praktischen Gebrauch hat sich der zweite Bereich als besonders
nützlich erwiesen, d. h. Gebrauch des Resonanzstabes von der Frequenz der Grundschwingung
α = # an aufwärts.
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Der Fall n = 0 bedeutet im wesentlichen Abfederung des Stabes von
der Masse m durch den Kontakt der Federzahl Kund hat im Sinne der Erfindung nur
untergeordnete Bedeutung. Wird die Kopplung des Stabes mit einem Körper unendlich
großer mechanischer Impedanz dadurch bewirkt, daß das eine Ende des Stabes als definierte
Kontaktfläche, d. h., so daß sich die Kontaktfläche mit zunehmender Verformung der
Prüfoberfläche vergrößert, insbesondere als Kontaktspitze ausgebildet ist, die auf
die Oberfläche eines Körpers aufgesetzt wird, so ist der Wert der Kopplungsimpedanz
abhängig vom Radius der Kontaktspitze, von deren Elastizitätsmodul, vom Elastizitätsmodul
des Materials, auf das die Spitze aufgedrückt wird, von der Andruckkraft P, mit
der die Spitze auf dieses Material gedrückt wird, sowie von der Härte der beiden
miteinander in Berührung kommenden Stoffe.
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Mit zunehmender Andruckskraft vergrößert sich die Berührungsfläche
zwischen der Kontaktfläche der Sonde und der Oberfläche des Prüfkörpers, d. h.,
die Kopplung wird enger und dementsprechend steigt die Resonanzfrequenz. Besteht
die Kontaktfläche der Sonde aus einem genügend harten Material, so daß sie sich
nicht plastisch deformiert, so ergibt sich eine Beziehung zwischen Resonanzfrequenz,
Andruckkraft und der elastischen und plastischen Nachgiebigkeit der Oberfläche,
auf die die Sonde aufgesetzt ist, die in Kurvenscharen dargestellt werden kann mit
dem Elastizitätsmodul als Parameter. Daraus folgt, daß bei konstanter Andruckkraft
die Resonanzfrequenz ein Maß für die Oberflächeneigenschaften des Körpers, auf dem
die Sonde aufgesetzt ist, gibt und daß bei konstanten Eigenschaften der Oberfläche
die Resonanzfrequenz ein Maß für die Kraft, mit der die Sonde auf diese Oberfläche
aufgedrückt wird, liefert oder daß bei konstanter Resonanzfrequenz (Erregerfrequenz)
die Größe der zur Erhaltung der Resonanz erforderlichen Aufdruckkraft ein Maß für
die elastischen und plastischen Eigenschaften der geprüften Oberfläche gibt. Je
nachdem, welche Eigenschaften des Körpers,
dessen Oberfläche geprüft wird, jeweils
konstant angenommen werden oder nach anderen Methoden gemessen werden können, sind
auf diese Weise Oberflächeneigenschaften wie Härte, Oberflächengüte, Oberflächenkrümmung
oder auch Elastizität, Härte oder Dicke von Oberflächenschichten zu messen. Bei
der Messung von Kräften können außer direkten Kraftmessungen auch indirekt andere
physikalische Größen, die Kraftwirkungen hervorrufen, gemessen werden, wie z. B.
Temperatur, Windgeschwindigkeit, Feuchtigkeit od. dgl. Ferner können Materialeigenschaften
des Stoffes, z. B. Elastizitätsmodul, plastische Verformbarkeit oder Materialfehler,
z. B. Abheben von Oberflächenschichten, Porosität oder dicht unter der Oberfläche
liegende Risse oder Fehlstellen ermittelt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit eine wesentlich vielfältigere
Anwendung der bekannten Anordnungen, mittels deren bisher nur das Vorhandensein
von Fehlstellen in Werkstücken und Schweißnähten festgestellt werden konnte. Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zweckmäßig eine Vorrichtung,
mit einem magnetostriktiven Stab als Sonde, auf dem eine Erregerspule und eine Empfangsspule
angeordnet sind, wobei die Erregerspule mit einem Schwingungsgenerator zur Erzeugung
eines Wechselstromes veränderlicher Frequenz und die Empfangsspule mit einem Meßinstrument
zur Messung der in der Empfangsspule durch die elastischen Schwingungen induzierten
Wechselspannung verbunden sind. Der wegen seiner Einfachheit und mechanischen Festigkeit
besonders günstige magnetostriktive Stab weist in der Nähe seines Schwingungsknotens
einen Bund auf, der elastisch abgestützt ist (z. B. durch einen Gummiring) und über
den die Andruckkraft auf den Stab übertragen wird, ohne die Resonanzschwingung nennenswert
zu dämpfen.
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Versuche haben ergeben, daß mit dieser Vorrichtung außerordentlich
genaue Messungen möglich sind. An Stelle eines magnetostriktiven Stabes lassen sich
auch piezoelektrische Resonanzelemente (oder auch piezoelektrisches Material mit
Metall kombiniert) verwenden und ferner auch Metallstäbe, die elektrodynamisch,
oder ferromagnetische Stäbe, die durch Elektromagnet zur Schwingung angeregt werden.
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An Stelle der Längsschwingungen können auch Biegeschwingungen, Dehnungschwingungen
und Torsionsschwingungen vorteilhaft eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den Figuren dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Materialprüfung;
F i g. 2, 3 und 4 zeigen vergrößerte Darstellungen verschiedener Formen von Spitzen
des in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Stabes; F i g. 5 zeigt eine Anordnung,
bei der der magnetostriktive Stab als i/4-Schwinger ausgebildet ist; F i g. 6 zeigt
die Abhängigkeit der elektrischen Impedanz der Spule von der Erregerfrequenz; F
i g. 7 zeigt im Längsschnitt eine andere Anordnung zur Messung der physikalischen
Eigenschaften eines Festkörpers durch Veränderung der Andruckkraft bei Erregung
mit konstanter Frequenz; F i g. 8 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit
der in der Empfangsspule gemessenen Spannung von der Andruckkraft; F i g. 9 zeigt
einen Längsschnitt durch eine weitere Anordnung zur Kraftmessung;
F
i g. 10 zeigt im Längsschnitt eine andere Anordnung zur Kraftmessung; F i g. 11
zeit eine Anordnung zum Vergleich der Oberflächeneigenschaften eines Teststückes
mit den Oberflächeneigenschaften eines Standardstückes; F i g. -12 und 13 zeigen
schematisch weitere Anordnungen, bei denen durch Verwendung von zwei schwingenden
Körpern die Eigenschaften von Blechen, Platten, Folien od. dgl. gemessen werden
können.
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Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem beweglichen
Teil 10, der in einem Ring 22 leicht verschiebbar gelagert ist. Als Körper, der
zu Längsschwingungen angeregt werden kann, dient die stabförmige Sonde 11, an dessen
einem Ende eine Kontaktspitze 12 angeordnet ist, die auf die Oberfläche des Prüfkörpers
T aufgesetzt werden kann. Die Sonde 11 besteht aus magnetostriktivem Material, beispielsweise
aus Nickel, Nickel-Eisen- oder Nickel-Kobalt-Legierungen oder anderen geeigneten
Metallen und besitzt in der Nähe des Schwingungsknotens bzw. bei Oberschwingungen
in der Nähe eines der Schwingungsknoten einen Bund 18. Der Bund 18 ist mittels zweier
elastischer Ringe 17a und 17b in einer Aussparung des Körpers 16 gelagert. In dem
Körper eingesetzte Magnetringe 15 bewirken eine Vormagnetisierung der Sonde ll.
Diese Vormagnetisierung kann auch in andererWeise, z.B; durch eineGleichstromüberlagerung
oder einen unsymmetrischen Wechselstrom in der Erregerspule erzeugt werden. Eine
Vormagnetisier ung auf der Erregerseite ist nicht erforderlich, wenn die Erregerfrequenz
gleich einer halben Resonanzfrequenz der Sonde gemacht wird. Die Längsschwingungen
in der Sonde werden erregt durch eine Erregerspule 13, die aus einem Schwingungsgenerator
14, dessen Frequenz veränderbar ist, gespeist wird.
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Die Länge der Sonde 11 ist so bemessen, daß sich an oder nahe bei
der Spitze 12 ein Schwingungsbauch der Längsschwingungen ausbildet, wobei die Länge
des Stabes 11 nach der Formel (1) ermittelt wird, woraus folgt, daß sie etwa gleich
einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der durch die Erregerfrequenz
im Stab erzeugten Schallwellen ist.
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Die Spitze 12 muß mit einer konstanten Kraft gegen die Oberfläche
des Prüfkörpers T gedrückt werden.
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Diese konstante Kraft F wird durch das Gewicht des beweglichen Teils
10 der Vorrichtung erzeugt, wobei die gewünschte Andrückkraft durch die Wahl der
Masse des Körpers 16, der eine wesentlich größere Masse hat als die Sonde 11, im
wesentlichen bestimmt ist. Um einen dauernden guten Kontakt der Spitze 12 zu gewährleisten,
muß die Andrückkraft F0 größer sein als der Maximalwert der Wechselkraft, die durch
die Schwingung in der Berührungsstelle erzeugt wird. Die Andrückkraft F0 kann auch
eine andere genau definierte Kraft, z. B. eine Federkraft sein oder die zu messende
Kraft, z. B. Fliehkraft, magnetische Kraft od. dgl.
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Zur Prüfung der Oberfläche des Prüfkörpers T wird die Spitze normalerweise
so aufgesetzt, daß die Sonde 11 senkrecht zur Oberfläche des Prüfkörpers steht,
was durch Stützen21 am Ring 22 gewährleistet werden kann.
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Zur Feststellung der Resonanzfrequenz, die, wie eingangs erläutert,
von der Andrückkraft und der Oberflächenbeschaffenheit des Prüfkörpers abhängt,
ist eine Empfangsspule 23 vorgesehen, in der durch die Längsschwingungen der Sonde
11 eine Wechselspannung induziert wird, deren Größe der Schwingungsamplitude
entspricht.
Diese Wechsel spannung wird in einem Meßinstrument 25 gemessen, das dementsprechend
beim Eintreten der Resonanz einen starken Ausschlag zeigt. Die Frequenz, bei der
Resonanz eintritt, kann an einem Frequenzmesser 24 abgelesen oder auch indirekt,
z. B. durch Verstellen eines Drehkondensators gemessen werden Bei der Benutzung-der
Vorrichtung wird zweckmäßig zuerst die Resonanzfrequenz der frei schwingenden Sonde
oder der Sonde, deren Spitze auf einen Standardkörper aufgesetzt ist, festgestellt.
Nach dem Aufsetzen der Spitze 12 auf den Prüfkörper kann dann die Änderung der Resonanzfrequenz
gemessen werden.
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An Stelle des Meßinstrumentes 25 kann auch die Empfangsspule 23~über
ein Bandpaßfilter 26 mit dem Schwingungsgenerator verbunden sein, derart, daß sich
das System Generator-Prüfstab auf die jeweilige mechanische Resonanzfrequenz einschwingt.
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Wie in F i g. 5 dargestellt, kann die Erregerspule 13 unter Wegfall
der Empfangsspule 23 auch gleichzeitig als Empfangs spule dienen, wobei die magnetostriktive
Sonde als Al4 ; Schwinger ausgebildet und am oberen Ende eingespannt ist. In diesem
Fall wird im Stromkreis zwischen dem Schwingungsgenerator 14 und der Erregerspule
13 ein Widerstand 27 vorgesehen, an dessen Enden der Spannungsmesser 25 a angeschlossen
ist.
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F i g. 6 zeigt, wie bei dieser Vorrichtung die Kurve 29, die die
Abhängigkeit der elektrischen Impedanz der Spule 13 von der Erregerfrequenz zeigt,
an der Resonanzstelle 28 eine plötzliche Änderung des Spannungsabfalls erkennen
läßt. Dabei entspricht das Spannungsminimum dem Auftreten der Resonanz.
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Bei der Vorrichtung nach F i g. 7 ist der bewegliche Teil lOb waagerecht
gelagert und in einer Öffnung 41 eines Gestells 36 leicht verschiebbar. Der Stab
11 b besteht wieder aus magnetostriktivem Material. Sein in der Mitte angeordneter
Bund 18b wird durch eine Feder 30 mit den Widerlagern 31 und 33 nach links gedrückt,
wobei zwischen das Widerlager 31 und den Bund 18h ein Ring 32 aus Gummi oder anderem
elastischem Material eingelegt ist. Das Widerlager 33 wird von einer Hülse 34 mit
einem gerändelten Knopf 35 getragen, die in dem Gewinde 39 des Gestells 36 verschraubt
werden kann. Durch Drehen des Knopfes 35 kann somit die Kraft, mit der die Spitze
12b gegen den Prüfkörper T gedrückt wird, verändert und mittels eines Zeigers 44
an einer Skala 42 abgelesen werden.
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Zur Erregung der Schwingungen dient wieder die Spule 13b, die an dem
Schwingungsgenerator 14b angeschlossen ist, und die Resonanz kann wieder mit Hilfe
der Empfängerspule 23b am Meßinstrument 25b abgelesen werden. Bei der Durchführung
einer Messung wird die Spannung der Feder 30 durch Drehen des Knopfes 35 erhöht,
bis das Meßinstrument 25b durch einen starken Ausschlag das Erreichen der Resonanzfrequenz
anzeigt. Fig.8 zeigt die Abhängigkeit der Spannung von der Andrückkraft F0 und läßt
bei 45 den Resonanzpunkt deutlich erkennen.
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Diese Spannungskurve ist praktisch identisch mit der Kurve, die erhalten
wird, wenn man auf der Abszisse die Erregerfrequenz anstatt der Andrückkraft F0
aufträgt und letztere konstant hält.
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In F i g. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, die als Dynamometer
oder Waage verwendbar ist. Als Sonde, die zu elastischen Längssshwingungen angeregt
wird, dient hier der hohle Schwingkörper 11 c, der an seinem einen Ende eine abgerundete
Endfläche 12c hat. In
einer axialen Bohrung des Körpers 11 c sind
die Erregerspule 13 c mit dem Spulenkörper 47, ein Abstandhalter 56 und die Empfängerspule
55 angeordnet.
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Die Endfläche 12 c des Schwingkörpers ruht auf einer konkaven Fläche
50 eines Körpers 49, wobei der Krümmungsradius der Fläche 50 etwas größer ist als
der Krümmungsradius der Fläche 12 c, so daß bei zunehmender Belastung sich die Berührungsfläche
zwischen 12c und 50 durch die elastische Deformation vergrößert.
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Die zu messende Kraft F wirkt auf einen Hohlkörper 51, der über den
Schwingkörper llc gestülpt ist, der sich in dem Hohlraum 48 des Körpers 49 frei
bewegen kann. Eine Schulter 52 des Hohlkörpers 51 stützt sich über einen elastischen
Ring 53 gegen den Bund 54 des Schwingkörpers ab und überträgt die auf den Körper
51 wirkende Kraft F auf den Schwingkörper und damit auf die Berührungsfläche zwischen
den Oberflächen 12 c und 50. Da in diesem Fall die Oberflächen 50 und 12 c unveränderlich
sind, gibt das Auftreten der Resonanz ein unmittelbares Maß für die Kraft F.
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Während die Anordnung nach F i g. 9 zur Messung von Druckkräften
geeignet ist, kann zur Messung von Zugkräften eine Anordnung nach F i g. 10 verwendet
werden. Bei dieser Anordnung ist die schwingungsfähige Sonde 11 d zwischen die hakenförmigen
Enden 59, 60 zweier Stäbe 57, 58 eingespannt. Die übrigen Bezugsziffern entsprechen
sinngemäß den Bezugsziffern in F i g. 9, und die Messung erfolgt in entsprechender
Weise mit dem einzigen Unterschied, daß hier beide Enden der magnetostriktiven Sonde
belastet sind, was zu einer Verdopplung des Differentialquotienten dfldF führt;
also zu einer Empfindlichkeitssteigerung.
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Bei den bisher beschriebenen Vorrichtungen stand die Schwingungsrichtung
stets senkrecht zur Oberfläche des Prüfkörpers. Zur Messung von Oberflächeneigenschaften,
beispielsweise der Scherfestigkeit der Oberfläche, kann es auch wünschenswert sein,
daß die Spitze der Sonde parallel zur Oberfläche des Prüfkörpers schwingt. In diesem
Fall kann eine Anordnung nach F i g. 11 benutzt werden, bei der als Sonde ein Stablle
aus magnetostriktivem Material dient, der zwei abgerundete Spitzen 12e an einander
entgegengesetzten Seiten trägt. Das Prüfstück T und ein Standardstück S werden durch
die Kraft F gegen die beiden Spitzen gedrückt. Haben das Prüfstück T und das Standardstück
S verschiedene Scherfestigkeit, so erzeugt die dadurch entstehende wechselnde Biegung
eine Querwelle des magnetostriktiven Stabes 11 e und die Frequenz der elektrischen
Spannung, die durch eine solche Biegeschwingung in der Empfängerspule 23e induziert
wird, ist gleich der doppelten mechanischen Schwingungsfrequenz. Das Bandpaßfilter
26e ist so ausgewählt, daß es nur die zweite Harmonische oder die erste Oberwelle
der Resonanzfrequenz durchläßt, die durch den Frequenzmesser 24e und den Spannungsmesser
25e gemessen wird, die ein Maß für den Unterschied in der Scherfestigkeit zwischen
dem Standardstück S und dem Prüfstück T ist.
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Weitere Materialeigenschaften können dadurch festgestellt werden,
daß ein Prüfstück T beispielsweise in Form eines Blechstreifens, wie in den F i
g. 12 und 13 dargestellt, zwischen die beiden Meßanordnungen 100 und 101 gebracht
wird. Die beiden Sonden 11 werden durch die gleiche Kraft F von beiden Seiten gegen
die Oberfläche des Prüfkörpers gedrückt. Die beiden
Sonden werden durch den Generator
14 synchron zu Schwingungen erregt, die beiden Empfängerspulen 23 sind an den elektrischen
Spannungsmesser 25 angeschlossen, der wieder erkennen läßt, wenn Resonanz eintritt.
Werden die beiden Sonden, wie in F i g. 12 angedeutet, in der Weise zu Schwingungen
angeregt, daß sich die Spitzen 12 in gleicher Richtung bewegen, d. h. gleichzeitig
abwärts und aufwärts, so wird in dem Prüfstück T eine Biegewelle erzeugt, und die
Resonanz hängt in der Hauptsache von der mechanischen Impedanz des Streifens ab,
die ihrerseits wieder von der Dicke und Dichte des Streifens und der Schallgeschwindigkeit
in dem Material, aus dem der Streifen besteht, abhängt.
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Die Anordnung nach F i g. 12 kann daher als kontinuierlich arbeitender
Dickenmesser benutzt werden.
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Die Anordnung nach F i g. 13 unterscheidet sich von der Anordnung
nach F i g. 12 nur dadurch, daß die Schaltung so gewählt ist, daß sich die Spitzen
12 in entgegengesetzten Richtungen bewegen. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz
im wesentlichen bestimmt durch die Oberflächeneigenschaften des Streifens T, so
daß die Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Oberflächenhärte verwendbar
ist.
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Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberflächeneigenschaften
der Prüfstücke gemessen werden können, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch geeignet,
Änderungen in der Zusammensetzung von Legierungen, Gläsern, Kunststoffen od. dgl.
festzustellen oder auch der Porosität von Metallen, Sinterstoffen und keramischen
Stoffen. Es kann aber auch die Rauhigkeit von Oberflächen oder der Flüssigkeitsdruck
in dünnwandigen Gefäßen gemessen werden.
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Das Verfahren ist deshalb für viele Zwecke der Fabrikationskontrolle
und Prüfung anwendbar.