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Vorrichtung zur punktuellen Messung der Weite von engen Spalten.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur punktuellen Messung der
Weite von engen Spalten mit einem in den Spalt einschiebbaren Fühler.
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Messungen und Kontrollen der Spaltweiten sind unter anderem bei Schlitzgiessern,
Extrudern etc. wichtig.
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Die Ausmessung von engen Spalten mit den bekannten Fühllehren hat
den Nachteil, dass das Messergebnis auf die engste Spaltstelle begrenzt ist.
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In neuerer Zeit ist eine Messvorrichtung bekannt geworden, bei der
der Fühler mit einem gekrümmten Organ ausgestattet ist, in dessen Krümmung ein Dehnungsmessstreifen
sitzt. Beim Einführen in den Spalt vermindert sich die Krümmung. Die dadurch bewirkte
Aenderung des elektrischen Widerstandes des Dehnungsmesstreifens wird mittels einer
Messbrücke gemessen und entspricht der jeweiligen Spaltweite. Die bekannte Vorrichtung
hat den schwerwiegenden Nachteil, dass sie auf Transversal-und Verkantungsfehler
des Fühlers sehr empfindlich ist. Dieser Nachteil ist dadurch bedingt, dass die
bekannte Vorrichtung nur ein einziges gekrümmtes Organ aufweist.
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Der aufgezeigte Nachteil wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung
zur punktuellen Messung der Weite von engen Spalten, mit einem in den Spalt einschiebbaren
Fühler dadurch vermieden, dass der Fühler eine gerade Anzahl von gekrümmten Organen
mit je einem in der Krümmung angeordneten mechanisch-elektrischen Element, z.B.
einem Dehnungsmessstreifen aufweist, wobei diese gekrümmten Organe so positioniert
sind, dass ihre freien Enden in einer gemeinsamen Ebene möglichst nahe beietnanier
liegen und dass ihre Krümmungen sich beim Einschieben in den Spalt entsprechend
der Spaltweite verändern.
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Die Dehnungsmessstreifen können so in die Zweige einer Messbriicke
eingeschaltet werden, dass sich Transversal- und Verkantungsfehler praktisch vollständig
kompensieren.
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Im folgenden wird die ErfindUng anhand der Zeichnung näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in
der Aufsicht, Fig. 2a und 3a das Verhalten des Messfühlers der Fig. 1 bei Aenderung
der Spaltweite, Fig. 2b und 3b die Auswirkungen des in Fig. 2a und 3a gezeigten
Verhaltens des Messfühlers auf das Messergebnis, Fig. 4a und 5a das Verhalten des
Messfühlers der Fig. 1 bei transversalen Verschiebungen in einem Spalt gleichbleibender
Weite, Fig. 4b und 5b die Auswirkungen des in den Fig. 4a und 5a gezeigten Verhaltens
des Messfühlers auf das Messergebnis, Fig. 6a und 6b die Konfiguration des den Messfühler
der Fig. 1 bildenden Bauteiles in der Aufsicht und in perspektivischer Darstellung
(ohne Dehnungsmessstreifen und gedruckte Schaltung), Fig. 7 bis Fig. 9 drei Varianten
zu Fig. 6a.
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Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einer dünnen ebenen
Platte l, in welcher durch Schnitte und Ausnehmungen vier Lappen 2 bis 5 gebildet
sind, wovon die Lappen 2 und 4 auf die eine ünd die Lappen 3 und 5 auf die andere
Plattenseite herausgebogen sind. Diese Konfiguration ist in den Fig. 6a bzw. 6b
nochmals separat in der Aufsicht bzw. schaubildlich gezeigt. Wie am besten aus Fig.
6b ersichtlich, weist jeder Lappen in seinem Fussbereich eine Zone 6 mit geschwächtem
Querschnitt auf. Die Krümmung ist zumindest im wesentlichen auf diese geschwächte
Querschnittszone beschränkt.
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In jeder dieser geschwächten Querschnittszonen 6 ist zumindest ein
Dehnungsmessstreifen Rl, R2, R3 bzw. R4 montiert. Falls die Querschnittsverminderung
durch eine einseitige Materialaussparung gebildet ist, werden die Dehnungsmessstreifen
auf der diesen Aussparungen gegenüberliegenden Seite montiert. Die Enden der Dehnungsmessstreifen
Rl, R2, R3 und R4 sind über eine gedruckte Schaltung 7 zu einer Brückenschaltung
mit vier Anschlussklemmen 8 bis 11 für eine Spannungsquelle 12 und ein Anzeigeinstrument
13 zusammengefasst.
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Die Fig. 2a bis 5a zeigen den vorderen Teil des Fühlers der Fig.
1 in der Seitenansicht in Richtung des PTttiles II der Zea 1 während der Ausmessung
eines Spaltes SP. Aus den zugeordneten Fig. 2b bis 5b ist der Einfluss auf die Messbrücke
mit der Spannungsquolie 12 und dem Anzeigeinstrument 15
ersichtlich.
Der Uebergang von der kleineren Spaltweite pl der Fig. 2a auf die grössere Spaltweite
p2 der Fig. 3a kann am Anzeigeinstrument 13 der Fig. 2b und 3b ahgelesen werden
(siehe Zeigerstellung). Im vorliegenden Fall ist angenommen, dass die Messbrücke
bei der Spaltweite P1 abgeglichen ist..
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Die Spaltweiten der Fig. 4a und 5a sind gleich gross und darstellungsgemäss
gleich P1 gewählt. Die Fühlerstellungen der Fig. a und 5a unterscheiden sich voneinander
durch eine Querversetzung des Fühlers. Wie aus den Brückendarstellungen der zugeordneten
Fig. 4b und 5b ersichtlich, haben Querversetzungen des Fühlers keinen Einfluss auf
das Messergebnis; die abgeglichene Brücke der Fig. 4b bleibt auch in Fig. 5b abgeglichen,
da sich-die Widerstände aller Dehnungsmessstreifen R1, R2, R3 und R4 in der selben
Richtung gleichmässig verändern.
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Die in den Fig. 6a und 6b vergrössert gezeigte Konfiguration des
Messfühlers 1 kann variiert werden. Drei Varianten mit vier, sechs und acht Lappen
sind in den Fig. 7 bis 9 in Aufsicht dargestellt. In Fig. 7 sind die Lappen mit
70 bis 73, in Fig. 8 mit 80. bis 85 und in Fig. 9 mit 90 bis 97 bezeichnet. Hierbei
sind die mit geraden Zahlen bezeichneten Lappen auf die eine Seite, z.B. bezüglich
der Zeichenebene nach oben, und die mit ungeraden Zahlen bezeichneten Lappen auf
die andere Seite gebogen.
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Ein Prototyp des in den Fig. 1, 6a und 6b gezeigten Messfühlers 1
wurde wie folgt hergestellt und getestet: Aus einem Metallband aus gehärteter Berylliumbronze
von 0,10 mm Stärke wurde ein Streifen mit den in Fig. 1 angegebenen Massen ausgeschnitten.
Danach wurden gemäss den weiteren Kotierungen der Fig. 1 die Lappen 2 bis 5 durch
Aetzen von Schnitten und Ausnehmungen gebildet. Anschliessend wurde an den mit 6
(Fig. 6b) bezeichneten Stellen die Materialstärke durch Aetzen auf die Hälfte reduziert.
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Danach wurden die Lappen herausgebogen und auf den den eingeätzten
Vertiefungen gegenüberliegenden Oberflächen vier Dehnmessstreifen R1, R2, R3 und
R4 mit den Konstanten R 120 / K 2.0 aufgeklebt. Sodann wurde der so gebildete Bauteil
mit einer dünnen Lackschicht überzogen. Anschliessend wurden die total acht Lötanschlüsse
der vier Dehmessstreifen durch Entfernung der Lackschicht wieder freigelegt. Schliesslich
wurden durch Aufdampfen über eine Maske die Leiterbahnen 7 aufgebracht und die Klemmen
8 - 11 montiert. Die totale Dicke des so erzeugten Messfühlers bzw. des Schicchtenaufbaues
Metall-Lack-Leiterbahnen betrug an den dicksten Stellen ca. 0,16 mm. Zur Messung
der Empfindlichkeit wurden die Kontaktspitzen der Lappen 2 bis 5 zwischen den Endflächen
eines Schraubenmikrometers eingespannt und die Klemmen der Leiterbahnen mit einem
für Dehnungsmessstreifen geeigneten handelsüblichen Messgerät mit Verstärker und
eingebauter regelbarer Spannungsquelle verbunden. Nach Abgleich
der
Messbrücke ergab sich am Verstarkerausgang z.B. bei einer Speisespannung von 2V
durch Zusammendrücken der Mess-Spitzen um 1 y ein Messignal von 30 mV.
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Die beschriebene Anordnung erlaubt die Messung von Spaltweiten mit
sehr hoher Empfindlichkeit. Demgegenüber ist die Empfindlichkeit gegenüber transversaler
Verschiebung und Verkantungen innerhalb des zu messenden Spalts praktisch gleich
Null.
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Anstelle von Dehnungsmessstreifen, welche die auftretenden mechanischen
Spannungen in Widerstandswerte umwandeln, können auch andere mechanisch-elektrische
Wandler verwendet werden, insbesondere auch aktive Elemente, welche elektrische
Spannungs- bzw. Stromabbilder der mechanischen Spannungen erzeugen.