DE2003488A1

DE2003488A1 - Calotte knife

Info

Publication number: DE2003488A1
Application number: DE19702003488
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kandel
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland
Priority date: 1970-01-27
Filing date: 1970-01-27
Publication date: 1971-08-05

Description

Kalottenmeß ei Die-- Erfindung geht aus von einem sogenannten Kalottenmeßei. Dieses ist eine Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmeßeinrichtung für hohe Meßwerte, die als Meßelement zwei elastische-, im Meßbereich ihre Elastizitätsgrenze nicht überschreitende Körper aufweist, die sich mit je einer Oberfläche unterschiedlicher Krümmung berühren und aus deren mit den Meßwerten wachsenden Kontaktzonendurchmesser die Meßwert abgeleitet werden, wobei zur besseren Sichtbarkeit der Kontur der Kontaktzone auf einer der einander berührenden Oberflächen ein Kontrastmittel aufg-ebracht ist0 In der Figur ist eine bekannte Ausführung eines KalottenmeBeies im Prinzip und in einer Seitenansicht dargestellt. Kalottenmeßei The invention is based on a so-called Kalottenmeßei. This is a pressure, force or acceleration measuring device for high measured values, which, as a measuring element, are two elastic, but not their elastic limit in the measuring range has transgressing body, each with a different surface Touch the curvature and from its contact zone diameter, which increases with the measured values the measured value can be derived, whereby for better visibility of the contour of the contact zone a contrast agent has been applied to one of the surfaces in contact with one another0 In the figure, a known embodiment of a KalottenmeBeies is in principle and in shown in a side view.

Zwischen der unnachgiebigen UnterlaEre 1 und dem sich in Abhängigkeit von der zu messenden Größe verschiebbaren Meßwertgeber 2 einer nicht zur Erfindung gehörenden Apparatur, in der die zu messende Größe auftritt, ist das Kalottenmeßei angeordnet. Es besteht aus den beiden elastischen Körpern. 3 und 4. Wie diese Körper im einzelnen gestaltet sind, ist für die Funktionsweise unerheblich, wesentlich ist nur, daß. die einander ugewandten Kontaktflächen - im Beispiel Kugelkalotte 3 a und Planfläche 4 a -unterschiedliche Krünnungen aufweisen, so daß deren Kontaktzone ohne- Belastung in möglichst guter Näherung den Flächeninbalt 0 bat.Between the unyielding base 1 and the dependency of the variable to be measured displaceable transducer 2 is not part of the invention The corresponding apparatus in which the quantity to be measured occurs is the Kalottenmeßei arranged. It consists of the two elastic bodies. 3 and 4. Like this body are designed in detail, is irrelevant for the functionality, essential is just that. the facing contact surfaces - in the example spherical cap 3 a and flat surface 4 a have different curvatures, so that their contact zone without load the surface area 0 bat in the best possible approximation.

Handelt es sich um elastische Körper und bestehen zwischen den einander zugewandten Oberflächen 3 a-und 4 a einfache geometrische Beziehungen, so kann aus den Abmessungen der Kontaktzone mittels der Hertz'schen Theorie über die Berührung elastischer Körper die 'Kraft ermittelt werden, mit der die Körper zusansengedrückt werden. Weitere Voraussetzung ist, wie bereits eingangs angeführt, daß durch die beim Zusammendrücken auftretende Deformation die Elastizitätsgrenzen der Körpermaterialien nicht überschritten werden.Are they elastic bodies and exist between each other facing surfaces 3 a and 4 a simple geometric relationships, so can be made from the dimensions of the contact zone using Hertz's theory of contact elastic body the 'force can be determined with which the body is compressed will. Another prerequisite is, as already mentioned at the beginning, that the deformation occurring when compressing the elastic limits of the body materials not be exceeded.

Speziell bei dem in der Figur dargestellten Kalottemneßei wird durch die statische oder dynamische Kraft F der verschiebbare Körper 3, der in der Form eines in Lagern 5 geführten Stempels 3 b ausgeführt ist, an den die ICugeLialotte 3 a angeschliffen ist, auf die Planfläche 4 a des festgehaltenen Körpers 4 gedrückt. Die Kontaktzone zwischen Kugelkalotte 3 a und Planfläche 4 a ist eine Kreisfläche mit dem Durchmesser do Nach der Hertz'schen rRheorie läßt sich bei bekanntem Kalottenmeßeiradius K und Elastizitäts-Modul E der der einfachheithalber aus dem gleichen Material gefertigten beiden Körpern 3 und 4 des Kalottenmeßeies die Kraft F aus bestimmen.Specifically in the Kalottemneßei shown in the figure, the static or dynamic force F of the displaceable body 3, which is designed in the form of a stamp 3 b guided in bearings 5, to which the ICugeLialotte 3 a is ground, onto the plane surface 4 a of the held body 4 pressed. The contact zone between the spherical cap 3 a and the plane surface 4 a is a circular area with the diameter do Force F off determine.

Bei der Anwendung des Kalottenmeßeies kommt es offenbar darauf an, die Kontaktzone bei mehrfacher Benutzung des Eies jeweils erneut und unabhängig von den vorhergehenden Messungen verwenden zu können. Zu diesem Zwecke wurde bisher eine der beiden einander zugewandten Oberflächen 3 a oder 4 a mit Hilfe einer offenen Flamme berußt, mittels chemischer Lösungen abfärbend präpariert oder mit geeigneten Kontrastpasten bestrichen. Diese Ausführungen führen zu- einem gut sichtbaren Abdruck der Kontaktzone auf beiden Flächen.When using the calotte egg it is obviously important the contact zone each time the egg is used repeatedly and independently from the previous measurements. For this purpose has been previously one of the two facing surfaces 3 a or 4 a with the help of an open Flame sooty, by means of chemical solutions prepared to stain or coated with suitable contrast pastes. These statements lead to one clearly visible impression of the contact zone on both surfaces.

Es hat sich aber herausgestellt, daß infolge- des mit dem Abdruck verbundenen Materialtransportes eine mehr oder weniger z-errissene Kontur der Kontaktzone entsteht. Der Grad der Zerrissenheit hängt außer von dem verwandten Material auch noch von den Zufälligkeiten beim Auftragen des Kontrastmaterials ab, z.B. treten partielle Dickenunterschiede auf, die eine Verformung der an sich kreisförmigen Kontaktzone zur Folge haben. Zusätzlich variiert noch die mittlere Dicke des Auftragens. Hierdurch häufen sich die zufälligen Fehler bei der Bestimmung des der Ilessungen zugrunde liegenden Kontaktzonendurciniessers d.It turned out, however, that as a result of the imprint associated material transport a more or less z-torn contour of the contact zone arises. The degree of disruption depends on the material used as well nor from the randomness of the application of the contrast material, e.g. step partial differences in thickness, resulting in a deformation of the per se circular Result in contact zone. In addition, the mean thickness of the application varies. This increases the number of accidental errors in determining the reading underlying contact zone diameter d.

Außerdem -entsteht ein prinzipieller Meßfehler durch die zu große minimale Dicke des Auftrages.In addition, there is a fundamental measurement error due to the too large minimum thickness of the order.

Es könnte eventuell genauer sein, die beiden Körper 3 und 4 von etwas geringerer Elastizität zu wählen, so daß sich die Kontaktzone gerade eben noch auf den hochglanzpolierten Oberflächen 3 a und 4 a abzeichnet wird. Der Nachteil wäre nur, daß nach wie vor das Hertz'sche Gesetz nicht voll gültig ist und daß nachfolgende Messungen jeweils zu einem größeren Kontaktzonendurchmesser d führen. Für die weitere Verwendbarkeit wäre also bald eine Grenze erreicht und die beiden Oberflächen 3 a und 4 a müßten neu geschliffen werden. Außerdem wäre der i4eßbereich auf solche Kräfte eingeschränkt, bei denen nur gerade eben ein Abdruck entstehen würde.It could possibly be more precise, the two bodies 3 and 4 of something Select lower elasticity, so that the contact zone is just barely on the highly polished surfaces 3 a and 4 a can be seen. The downside would be only that Hertz's law is still not fully valid and that the following Measurements each lead to a larger contact zone diameter d. For the further Usability would soon reach a limit and the two surfaces 3 a and 4 a would have to be sanded again. In addition, the eating area would be on such Restricted forces at which an imprint would only just be created.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Ealottenmeßei zu schaffen, das Messungen mit hoher Genauigkeit gestattet und trotzdem auf einfache Weise für eine unbeschränkte Zahl von Messungen herrichtbar ist.The invention therefore sets itself the task of an Ealottenmeßei create that allows measurements with high accuracy and yet with simple Way for an unlimited number of measurements.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der Verwendung einer dünnen, aufgedampften und elastischen Schicht als Kontrastmittel, deren Elastizitätsgrenze bereits am Anfang des Meßbereiches überschritten wird.The solution according to the invention consists in the use of a thin, vapor-deposited and elastic layer as a contrast medium, their elastic limit is already exceeded at the beginning of the measuring range.

Hiermit wird einerseits vermieden, daß schon eine lose Berührung beider Oberflächen 3 a und 4 a zu einem Abdruck führt. Darüber hinaus wird jeder Naterialtransport unterbunden, so daß im 2usammenvJirken mit der Maßhaltigkeit der elastischen Schicht beim Zusammenpressen eine genau definierte scharfe Kontur der Kontaktæone der beiden Körper 3 und 4 entsteht. Trotz dieses klaren und exakten Abdruckes der Kontaktzone können die eigentlichen Meßkörper 3 und 4 voll elastisch bleiben. Aufgrund der Erfindung ist also das Hertz' sche Gesetz exakt anwendbar.This on the one hand avoids a loose contact between the two Surfaces 3 a and 4 a leads to an impression. In addition, every material transport prevented, so that in conjunction with the dimensional accuracy of the elastic layer when pressed together a precisely defined, sharp contour of the contact æons of the two Bodies 3 and 4 are created. Despite this clear and exact imprint of the contact zone the actual measuring body 3 and 4 can remain fully elastic. Because of the invention so Hertz's law is exactly applicable.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als Kontrastmittel eine dünne aufgedampfte Metall schicht verwandt.In an advantageous embodiment of the invention, the contrast medium related to a thin vapor-deposited metal layer.

Hierdurch lassen sich bereits eingeführte Apparaturen zum Aufdampfen von Metallschichten verwenden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich die aufgebrachte Schicht leicht wieder entfernen läßt, was bei den hochpolierten Oberflächen 3 a und 4 a der beiden ii-eßkörper 3 und 4 des Kalottenmeßeies von Bedeutung ist.This allows devices that have already been introduced for vapor deposition use of metal layers. Another advantage is that the applied Layer can easily be removed again, which is the case with the highly polished surfaces 3 a and 4 a of the two ii-eating bodies 3 and 4 of the Kalottenmeßeies is important.

Durch diese Lösungen wird die bisher beste Gültigkeit der Hertz'schen Theorie erreicht und trotzdem bleibt die Ausführung einfach. Die aufgedampften Schichten, insbesondere die I;Ietallschicht, können nämlich so dUnngemacht werden, daß die Abmessungen der Kontaktzone praktisch von der Schichtdicke unabhängig werden. Dies kann außerdem immer dadurch sichergestellt werden, daß sich die Schichten in ihrer Dicke ohne Schwierigkeiten reproduzieren lassen.With these solutions, the hitherto best validity of the Hertzian Theory has been achieved and yet the execution remains simple. The vapor-deposited layers in particular the metal layer can be made so thin that the Dimensions of the contact zone practically from the Layer thickness independent will. This can also always be ensured by the fact that the layers can be reproduced in their thickness without difficulty.

Außerdem wird die Kontur der Kontaktzone sehr scharf. Da ferner die Schicht g,leicbnßig aufgedampft werden kann, zeichnet sich die Kontur der Kontaktzone gleichmäßig entsprechend der Geometrie der berührenden Oberflächen 3 a und 4 a ab, so daß der Durchmesser d der Kontaktzone für die Auswertung eindeutig bestimmbar ist.In addition, the contour of the contact zone becomes very sharp. Furthermore, since the Layer g, which can be easily vapor-deposited, shows the contour of the contact zone evenly according to the geometry of the contacting surfaces 3 a and 4 a, so that the diameter d of the contact zone can be clearly determined for the evaluation is.

In einer be-vorsugten Ausführung wurden dünne Metallschichten bei einem Druck von etwa 0,1 bis 1,3 Torr jeweils auf eine der Oberflächen 3 a, 4 a des Kalottenmeßeies aufgedampft. Insbesondere wurde pulverisiertes Antimon in einer an sich bekannten Aufdampfanlage bei einem Druck von 0,4 Torr aus Schiffchen mit einer Temperatur von ca. 630°C auf die 4 cm entfernte Oberfläche 3 a gedampft. Durch eine bejegliche Blende zwischen -Schiffchen und zu bedampfender Oberfläche konnte die Aufdampfzeit und damit die Schichtdicke exakt variiert werden.In a preventive version, thin metal layers were used a pressure of about 0.1 to 1.3 Torr in each case on one of the surfaces 3 a, 4 a of the Kalottenmeßeies evaporated. In particular, powdered antimony was used in a known evaporation system at a pressure of 0.4 Torr from boats with a temperature of about 630 ° C on the 4 cm away surface 3 a steamed. By any screen between the boat and the surface to be steamed could be used the evaporation time and thus the layer thickness can be varied exactly.

Claims

Pressure, force or acceleration measuring device for high measured values, which as the measuring element are two elastic ones, but not their elastic limit in the measuring range has transversing bodies, each with a different surface Touch the curvature and from its contact zone diameter, which increases with the measured values the measured values are derived (Kalottenmeßei), with the Contour the contact zone on one of the touching surfaces a contrast medium is applied that d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that as a contrast medium a thin, vapor-deposited and elastic layer is used, whose elastic limit is already exceeded at the beginning of the measuring range.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that as Contrast medium a dümle vaporized metal layer is used.