DE3301785A1

DE3301785A1 - Magnetisches dickenmessgeraet

Info

Publication number: DE3301785A1
Application number: DE19833301785
Authority: DE
Inventors: Frank 13669 Ogdensburg N.Y. Koch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-21
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1983-08-18
Anticipated expiration: 2003-01-21
Also published as: FR2519958B1; GB2170603A; GB8600224D0; GB2113851B; JPH0322561B2; GB2170604A; JPS58165003A; GB2170604B; US4567436A; DE3301785C2; GB2113851A; GB2170603B; FR2519958A1; GB8300760D0; GB8600225D0

Description

Magnetisches Dickenmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zum magnetischen Messen der Dicke einer nicht-magnetischen Schicht auf einer magnetisierbaren Unterlage.

Es sind verschiedene magnetische Schichtdickenmeßgeräte bekannt, bei denen eine Fühlerfläche an einer zu messenden Beschichtung bzw. Schicht magnetisch festgehalten wird. Vorzugsweise ist die Fühlerfläche durch eine Feder von der zu messenden Schicht weg vorgespannt, wobei dann die von der Feder ausgeübte Kraft vom Benutzer allmählich vergrößert wird, bis
sich die Fühlerfläche von der zu messenden Schicht abhebt.
Der in diesem Zeitpunkt von einem Zeiger auf einer Skala angezeigte Wert ist dann die Dicke der Schicht. Üblicherweise wird die Skala gedreht, um die Feder zu spannen und dadurch die von der Feder auf die Fühlerfläche ausgeübte Kraft allmählich zu erhöhen.

Bei einigen magnetischen Schichtdickenmeßgeräten ist an einem Ende eines Waagebalkens ein Magnet angeordnet, der mit
der zu messenden Schicht direkte Berührung hat. Bei anderen Meßgeräten ist zwischen dem Magneten und der zu messenden
Schicht ein Zwischenmaterial vorgesehen.

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Jedoch ist bei den bekannten magnetischen Schichtdickenmeßgeräten mit Waagebalken der die zu messende Schicht berühre de Magnet oder das Zwischenmaterial aus einem relativ weichen Werkstoff; folglich kommt es häufig vor, daß sich der Magnet oder das Zwischenmaterial in verhältnismäßig kurzer Zeit abnutzt. Weil die Abtragung des Magneten oder des Zwischenmaterials die magnetische Anziehung zwischen der Berührungsfläche und der die zu messende Schicht tragenden Unterlage beeinflußt, wird die Genauigkeit dieses Meßgerätes beträchtlich herabgesetzt.

Beispielsweise beim Messen der Chrombeschichtung auf eisenhaltigen Unterlagen sind herkömmliche magnetische Schichtdickenmeßgeräte häufig nach einer Benutzungsdauer von nur

nacheinera Tag unbrauchbar oder müssen geeicht werden. Folglich besteht Bedarf an einem magnetischen Schichtdickenmeßgerät mit einer Berührungs- bzw. Auflagefläche aus einem Werkstoff von solcher Haltbarkeit, daß eine längere Benutzung auf verschiedenen harten Beschichtungen möglich ist.

Es sind magnetische Schichtdickenmeßgeräte bekannt, bei denen die Auflagefläche eines Fühlers aus einem abnutzungsfesten Werkstoff ist. Gemäß der US-PS 3 999 120 ist an den Vorderflächen eines Weicheisen-Magnetjoches ein sphärischer Sektor befestigt, der das vordere Fühlerende des Meßgerätes bildet. Der sphärische Sektor ist eine geschliffene halbe Wälzlagerkugel, die durch Elektroschweißen mit einer ebenen Platte am Ende einer Gewindespindel verbunden ist. Um diesen Sektor mit einer abnutzungsfesten Oberfläche zu versehen, ist er durch Gasdiffusion mit Titankarbid beschichtet worden. Eine ähnliche Anordnung ist aus der US-PS 4 041 378 bekannt.

Das Aufbringen einer abnutzungsfesten Oberflächenbeschichtung (US-PS 3 999 120) ist jedoch besonders teuer und schwierig. Es besteht daher Bedarf an einem magnetischen Dickenmeßgerät

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mit einem abnutzungsfesten vorderen Fühlerondo, das relativ wirtschaftlich herstellbar ist.

Ein herkömmliches magnetisches Schichtdickenmeßgerät wird während des Zusammenbaues mittels einer elektromagnetischen Spule geeicht, die an den magnetischen Werkstoff im Fühler von außen ein Magnetfeld anlegt, um den magnetischen Werkstoff im gewünschten Maße zu magnetisieren. Ein solches Eichverfahren ist besonders umständlich durchzuführen, insbesondere dann, wenn das Meßgerät später einmal nachgeeicht· werden muß. Zum Nacheichen eines solchen magnetischen Fühlers ist üblicherweise wenigstens eine Teildemontage des Meßgerätes erforderlich.

Weil der Bereich der Magnetisierungsstärke für den magnetisierbaren Werkstoff des Fühlers gewöhnlich ziemlich klein ist, muß beim herkömmlichen magnetischen Schichtdickenmeßgerät eine besonders enge Wechselbeziehung zwischen der von der Feder ausgeübten Vorspannkraft und der vom Fühler erzeugten magnetischen Anziehungskraft bestehen. Somit ist bei der Federbaugruppe, die den Fühler von der zu messenden Schicht weg vorspannt, ein relativ hoher Genauigkeitsgrad notwendig; folglich sind entweder relativ teuere Federn erforderlich, oder es ergibt sich bei weniger teueren Federn eine üblicherweise hohe Ausschußquote.

Es besteht daher Bedarf an einem magnetischen Schichtdickenmeßgerät mit einer Eichanordnung, bei welcher die vom magnetisierbaren Fühler erzeugte Anziehungskraft in einem verhältnismäßig großen Bereich liegt und bequem veränderbar ist, um die Anpassung an einen entsprechend großen Bereich der von der Feder erzeugten Vorspannkraft zu ermöglichen.

Ein handelsübliches magnetisches Schichtdickenmeßgerät der Fa. Electro-Physik (s. US-PSen 4 160 208, 3 761 804, 3 699

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hat eine hinter einer Anzeigeskala angeordnete Handhabe, an der das Meßgerät bei Benutzung ergriffen wird. Ein Einrti Il rad, mit dem sich die Vorspannkraft der Feder verändern läßt, wird vom Benutzer üblicherweise mit dem Daumen gedreht. Weil das Meßgerät sowohl in der Nähe eines Fühlers als auch etwa in seiner Mitte - unmittelbar unter der Anzeigeskala abgestützt wird, erfaßt der Renutzer das Meßgerät üblicherweise hinter der Anzeigeskala. Die an dieser Stelle vom Benutzer ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft hat das Bestreben, das Meßgerät um die Abstützung unter der Anzeige zu kippen. Wenn dies geschieht, berührt der Fühler nicht mehr die zu messende Schicht, und es ergibt sich eine falsche Anzeige. Es ist daher häufig notwendig, daß bei der Benutzung des herkömmlichen Meßgerätes beide Hände gebraucht werden, wobei das herkömmliche Meßgerät häufig in der Anwendung umständlich ist.

Eine falsche Bedienung des herkömmlichen Dickenmeßgerates ergibt sich üblicherweise auch daraus, daß der Benutzer die Hand versehentlich auf einen Ansatz des Waagebalkens legt, der es dem Benutzer ermöglichen soll, den Fühler zu Beginn mit der zu messenden Schicht in Berührung zu bringen. Wenn der Benutzer mit der Hand die freie Bewegung des Ansatzes und damit des Waagebalkens behindert, kann sich der Fühler, sobald die Federkraft mit der magnetischen Anziehungskraft gleich wird, nicht frei von der zu messenden Schicht abheben. Folglich ergibt sich eine ungenaue Anzeige.

Es besteht daher Bedarf an einem magnetischen Schichtdickenmeßgerät mit einer Gehäuse- und Waagebalken-Baugruppe, welche die richtige Bedienung des Meßgerätes, auch mit nur einer Hand, erleichtert.

Ein Meßgerät, das die sich aus der vorstehenden Erläuterung des Standes der Technik ergebende Aufgabe löst, ist mit seinen

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Ausgestaltungen in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Meßgerät zum magnetischen Messen der Dicke einer Beschichtung bzw. Schicht hat ein Gehäuse, in dem in einem Schwenklager ein Waagebalken schwenkbar angeordnet ist. Der Waagebalken trägt einen Fühler und ist so angeordnet, daß er an die zu messende Schicht selektiv anpreßbar ist, wobei ein elastisches Bauteil oder eine Feder eine Kraft erzeugt, die den Waagebalken in entgegengesetzter Richtung zur zu messenden Schicht vorspannt. Der Fühler zieht den Waagebalken an die Unterlage der zu messenden Schicht magnetisch an. Die vom elastischen Bauteil erzeugte Kraft ist vom Benutzer mittels eines Zeigers und einer zugehörigen Skala zum Anzeigen der Dicke der zu messenden Schicht nach Bedarf veränderbar. Der Fühler hat ein Auflageglied mit einem Magneten und einer Vorrichtung zum Einstellen eines gewünschten Abstandes zwischen dem Magneten und dem Auflageglied.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Magnet vom Auflageglied durch eine Stellschraube im Abstand gehalten, die in ein Gehäuse an einem Ende des Waagebalkens eingeschraubt ist. Die Stellschraube ist vorzugsweise aus einem Werkstoff, z.B. Stahl oder eine Stahllegierung, der vom Magneten magnetisch angezogen wird, wobei der Magnet an einem Ende der Stellschraube magnetisch befestigt ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem im wesentlichen unmagnetischen Werkstoff, z.B. Messing, und das Auflageglied ist von sphärischer Gestalt und entweder aus Wolframkarbid oder aus einer speziellen abnutzungsfesten Legierung aus Aluminium, Eisen und Silizium hergestellt.

Durch die Stellschraube wird eine anfängliche Eichung des magnetischen Dickenmeßgerätes dadurch vereinfacht, daß sie eine Bewegung bzw. Verstellung des Magneten zum Auflageglied hin oder von ihm weg nach Bedarf ermöglicht. Auf dies«? Weise

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kann die magnetische Anziehungskraft ohne Schwierigkeiten an die von der Fßder ausgeübte Vorspannkraft angepaßt wf^:». Wird eine Nacheichung notwendig, ermöglicht die Stellschrau.j^ eine rasche und bequeme Nacheichung durch eine Stellungsveränderung je nach Bedarf des Magneten in bezug auf das Auflageglied.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Waagebalken an die zu messende Schicht mittels eines Ansatzes angepreßt, der auf dem Waagebalken so angeordnet ist, daß er aus dem Gehäuse selektiv herausragen kann. Vorzugsweise ist der Ansatz auf dem Waagebalken zwischen dem Fühler und dem Schwenklagor für den Waagebalken angeordnet und tritt in im wesentlichen entgegengesetzter Richtung zum Fühler selektiv hervor. Der Ansatz ist vorzugsweise in einer Linie mit einem Einstellrad des Meßgerätes so angeordnet, daß der Benutzer mit dem gleichen Zeigefinger den Ansatz niederdrücken und das Einstellrad drehen kann. Die Dicke der zu messenden Schicht wird vorzugsweise von einer Skala angezeigt, die am Gehäuse axial angeordnet ist und je nach Bedarf durch Drehen des Einstellrades gegenüber der Feder bewegbar ist. Vorzugsweise hat die Skala mehrere Öffnungen, die um eine Achse von ihr angeordnet und je nach Bedarf mit einem wegnehmbaren Stopfen verschlossen sind. Durch diese Öffnungen hindurch wird die wählbare Bewegung bzw. Verstellung der Skala gegenüber der Feder beim Eichvorgang vereinfacht.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Gehäuse des Meßgerätes an einem ersten Ende in der Nähe des Fühlers ein erstes Abstutzungsglied und an einem zweiten Ende ein zweites Abstützglied. Vorzugsweise ist in einem Mittelabschnitt des Gehäuses ein drittes Abstützglied angeordnet, das zusammen mit dem ersten und dem zweiten Abstützglied eine Ebene bildet. Auf diese Weise läßt sich das Meßgerät auf der zu messenden Schicht sicher halten, und die Messung kann mit nur einer Hand durchgeführt werden.

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläuiort. "s zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des magnetischen Schichtdickenmeßgerätes gemäß der Erfindung, bei dem das Gehäuse zum Teil weggeschnitten ist,

Fig. 2 eine Teilseitenansicht desselben Meßgerätes, bei dem der Waagebalken auf der zu messenden Schicht aufliegt,

Fig. 3 eine Ansicht von unten des in Fig. 2 dargestellten Meßgeräteteils,

Fig. 4 eine Rückansicht des in Fig. 1 dargestellten Meßgerätes,

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Rückansicht, bei der ein Abschnitt des Gehäuses entfernt ist,

Fig. 6 den Schnitt 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine Stiransicht des in Fig. 1 dargestellten Meßgerätes ,

Fig. 8 den Schnitt 8-8 in Fig. 3,

Fig. 9 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Fühler und

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine andere bevorzugte Ausführungsform des Fühlers zum in Fig. 1 dargestellten Meßgerät.

Das in Fig. 1 dargestellte Schichtdickenmeßgerät 20 hat ein zweiteiliges Gehäuse 22, an dessen einem Ende eine Tragschlaufe 24 zur Vereinfachung der Handhabung des Meßgerätes 20 befestigt ist.

Das Gehäuse 22 ist vorzugsweise aus einem hochschlagfesten Kunststoff mit zumindest annähernd rechteckiger Konfiguration ausgebildet und weist zum Aufsetzen auf eine zu messende Schicht 26 mehrere Abstützglieder 30, 40 und 44 auf. Die * Beschichtung bzw. Schicht 26 ist vorzugsweise aus unmagnetischen

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Stoffen zusammengesetzt und vorzugsweise auf eine Unterlage 28 aufgebracht, die magnetischer Anziehungskraft unterliegt.

Gemäß Fig. 4 weist das Gehäuse 22 vorzugsweise Flächen 112 auf, die ein sicheres Erfassen des Meßgerätes 20 durch den Benutzer erleichtern. Die Flächen 112 sind insbesondere gerauht und können aus einem Vinyl-Material sein, das mehrere Schrauben 88, mit denen die Gehäuseteile zusammengehalten sind, wirkungsvoll verdeckt.

Gemäß Fig. 1 und 3 hat das Gehäuse 22 ein erstes Abstützglied 30 an einem ersten Ende des Meßgerätes 20. Das Abstützglied 30 weist ein ungefähr rohrförmiges Bauteil auf, das gemäß Fig. 8 eine Büchse für eine Öffnung im Gehäuse 22 bildet und eine Endfläche 32 hat, in die eine Nut 34 von im wesentlichen V-förmiger Querschnittsgestalt eingearbeitet ist. Somit hat das erste Abstützglied 30 zwei Füße 36 und 38 zum Aufsetzen auf die zu messende Schicht 26.

Gemäß Fig. 1 und 5 hat das Meßgerät 20 an einem zweiten, dem Abstützglied 30 fernen Ende ein zweites Abstützglied 40 mit zwei Füßen 42. Zwischen den beiden Abstützgliedern 30 und 40 ist ein drittes Abstützglied 44 angeordnet, das zwei Füße 46 bildet. Gemäß Fig. 3 ist in unmittelbarer Nähe der Füße 46 zwischen dem ersten Abstützglied 30 und dem dritten Abstützglied 4 4 in der tiefstgelegenen Gehäusefläche eine V-förmige Nut 48 ausgebildet, die es zusammen mit der Nut 34 des ersten Abstützgliedes 30 ermöglicht, daß das Meßgerät 20 auf einer Stange oder einem zylindrischen Bauteil aufgesetzt wird.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 22 zwischen dem ersten und dem dritten Abst.üt zql iod 30 und 44 und zwischen dem zweiten und dem dritten Abstützglied 40 und 44 so zurückgesetzt, daß es das Aufsetzen dos Meßgerätes 20 auf eine ebene Fläche nicht behindert. Die Abstützglieder 30, 40 und 44 bilden insbesondere

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eine ebene Fläche bzw. Ebene, so daß daß Meßgerät 20 auf der ebenen Schicht 26 sicher und stabil aufruht.

Dank dieser Auflagenanordnung läßt sich das Meßgerät 20 mit nur einer Hand bequem auf die zu messende Schicht 26 aufsetzen. Es behält ferner seine stabile Lage bei, weil es an beiden Enden und durch die Fußpaare 36/38, 42 und 46 auf beiden Seiten abgestützt ist.

Gemäß Fig. 1 und 6 ist am Meßgerät 20 eine Anzeigeskala 50 axial angeordnet und durch eine durchsichtige Skalenabdeckung 52 aus Kunststoff geschützt. Die Anzeigeskala 50 ist in einer Vertiefung in der Nähe der Meßgeräteachse aufgenommen und am Meßgerät 20 mittels einer Schraube 54 befestigt. Die Skalenabdeckung 52 weist eine zentrale Öffnung 56 auf, die üblicherweise mit einem elastischen Stopfen 58 verschlossen ist. Die Anzeigeskala 50 weist mehrere Öffnungen 60 auf, die um ihre Achse so angeordnet sind, daß eine wählbare Bewegung bzw. Verstellung der Anzeigeskala 50 gegenüber dem Meßgerät 20 beim Eichen des Meßgerätes 20 vereinfacht wird. Nach Entfernen des Stopfens 58 sind die Öffnungen 60 für den Benutzer gut zugänglich und können zum Drehen der Anzeigeskala 50 um ihre Achse benutzt werden. Die Schraube 54 hält die Anzeigeskala 50 zuverlässig am Meßgerät 20, ermöglicht aber auch bei Bedarf das selektive Verstellen bzw. Drehen der Anzeigeskala 50 in bezug auf das Meßgerät 20.

Gemäß Fig. 5 ist am Gehäuse 22 ein Waagebalken 62 schwenkbar gelagert, der sich beiderseits eines Schwenklagers 64 erstreckt. Der Waagebalken 62 hat an seinem vorderen Endstück einen ersten Abschnitt 66 mit einem Ring 68, in dem ein Fühler 70 zuverlässig aufnehmbar ist. Ferner weist der vordere Abschnitt 66 des Waagebalkens 62 einen Ansatz 72 auf, der sich ungefähr in entgegengesetzter Richtung zum Fühler 70 erstreckt. Der Ansatz 72 ist so angeordnet, daß er, wenn der

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Fühler 70 an der zu messenden Schicht 26 nicht anliegt, eine Öffnung 74 im Gehäuse 22 mit Spiel durchdringt und : . ¹^tIv aus dem Gehäuse 22 herausragt. Der Ansatz 72 ermöglicht es auch dem Benutzer, den Fühler 70 des Waagebalkens 62 bequem an die zu messende Schicht 26 anzupressen.

Der Waagebalken 62 hat ferner einen hinteren Abschnitt 76 mit einem festen Gegengewicht 78 und einem verstellbaren Gegengewicht 80. Der Waagebalken 62 weist in seinem Mittelabschnitt 82 vorzugsweise zwei Aussparungen 84 und 86 auf, wogegen der übrige Teil des Mittelabschnitts 82 eine starre Verbindung zwischen den vorderen und hinteren Abschnitten und 76 des Waagebalkens 62 bildet. Das verstellbare Gegengewicht 80 und der Mittelabschnitt 82 des Waagebalkens 62 ermöglichen dessen dynamische Auswuchtung in bezug auf das Schwenklager 64.

Gemäß Fig. 4 ist das Gehäuse 22 vorzugsweise zweiteilig und hat eine Abdeckplatte 86', die mit mehreren Schrauben 88 am Gehäuse 22 wegnehmbar angebracht ist. Die Schrauben 88 sind gemäß Fig. 5 in verstärkte Bohrungen 90 eingeschraubt. Gemäß Fig. 6 weist die Abdeckplatte 86' eine Büchse 88' auf, in der ein Ende einer den Waagebalken 62 tragenden Achse 90' aufgenommen ist. Das andere Ende der Achse 90' ist in einer Büchse 92 nahe der Schraube 54 gelagert.

Die Büchse 92 und die Schraube 54 sind in einem gerändelten Einstellrad 94 aufgenommen, das im Gehäuse 22 drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist das Einstellrad 94 vom Gehäuse 22 Scnrauben-

weg durch eine Feder 96 vorgespannt, um eine ungehinderte Drehung ohne Festklemmen am Gehäuse 22 zu ermöglichen. Die Schraube 54 stellt eine sichere Verbindung zwischen der Anzeigeskala 50 und dem Einstollrad 94 her, ermöglicht andererseits aber eine gewünschte Relativbewegung zwischen dem Einstellrad 94 und der Anzeigeskala 50.

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Um ein übermäßiges Auf- oder Abwickeln der Feder 96 zu verhindern, trägt das Einstellrad 94 zwei Anschlaggl '>. 'der:, von denen in Fig. 6 nur das Anschlagglied 93 dargestellt ist. Die Anschlagglieder stoßen abwechselnd an das Gehäuse 22 an, um bei zusammengebautem Meßgerät 20 den möglichen Drehwinkel des Einstellrades 94 zu begrenzen.

Der Waagebalken 62 ist auf der Achse 90 /.wischen den Büchsen 88' und 9 2 angeordnet. Mit dom Waagebalken 62 ist ein Ende einer Spiralfeder 98 verbunden, deren anderes Ende am Einstellrad 94 befestigt ist. Auf diese Weise wird durch eine Drehung des Einstellrades 94 die Spiralfeder 98 entweder auf- oder abgewickelt, um das von ihr auf den Waagebalken 62 ausgeübte Drehmoment zu verändern.

Gemäß Fig. 9 hat der Fühler 70 ein rohrförmiges Gehäuse 100, dessen oberes Ende von einem Flansch 102 umgeben ist. Das Gehäuse 100 ist vorzugsweise aus einem relativ nicht-magnetisierbaren Werkstoff, z.B. Messing, hergestellt und weist in seiner Innenfläche ein Gewinde auf, in das eine Stellschraube 106 eingeschraubt ist, von der sich ein zumindest annähernd zylindrischer Magnet 104 nach unten erstreckt, dessen Abmessungen so sind, daß er vom Gehäuse 100 ohne weiteres aufgenommen werden kann. Die Stellschraube 106 ist vorzugsweise aus einem eisenhaltigen Werkstoff, z.B. Stahl oder eine Stahllegierung, um sie mit dem Magneten 104 durch magnetische Anziehung lösbar zu verbinden.

Vorzugsweise ist der Magnet 104 aus einem zweckdienlichen üblichen magnetischen Werkstoff, z.B. entweder aus den bekannten SE-Kobalt-Magneten oder aus AlNiCo-Magnetstahl, und bildet eine relativ stabile Quelle für magnetische Anziehungskraft. Es wird angenommen, daß die Verwendung einer Stellschraube aus einem eisenhaltigen Werkstoif statt aus Kunststoff durch die Ausrichtung des Magnetfeldes des Magneten

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zur Herstellung möglichst günstiger Betriebsbedingungen für das Meßgerät 20 beiträgt.

Am unteren Abschnitt des Gehäuses 100 ist ein Auflageglied 108 sicher gehalten. Das Auflageglied 108 ist vorzugsweise eine Kugel aus einem Sinterhartmetall, vorzugsweise aus Wolframkarbid, das als Bindemittel etwa 5 bis 30 Gew.-% Kobalt oder ein äquivalentes Metall enthält, oder eine Kugel aus einer speziellen Legierung aus Aluminium, Eisen und Silizium, die als verschleißarmer Werkstoff unter dem Handelsnamen Alfesil bekannt ist. Alfesil wird von der Fa. Vacuum Specialties Inc., Lake Geneva, Wisconsin, USA in Blockform vertrieben und besteht aus einer Legierung aus 5,4% Aluminium, 85% Eisen und 9,6% Silizium.

Es ist wichtig, daß bei der Herstellung von Alfesil die nachstehenden Werte für Beimengungen nicht überschritten werden: Kohlenstoff 0,020%; Phosphor 0,010%; Mangan 0,006%; Schwefel 0,005%; Kalzium 0,005%. Es ist nicht bekannt, ob die vorstehend genannten Beimengungswerte für die Verwendung von Alfesil als Werkstoff für das Auflageglied 108 von Bedeutung sind. Die Dichte von Alfesil ist 6,9 g/cm³ und sein spezifischer elektrischer Widerstand beträgt 140 μ-Π. cm. Der Curiepunkt von Alfesil ist 4 50 °, und seine Härte beträgt auf der Rockwell-Skala C 50. Die Blöcke können nach jedem herkömmlichen zweckdienlichen Schleifverfahren zu Kugeln geschliffen werden.

Die für das Auflageglied 108 bevorzugte Kugelform ist hauptsächlich aus wirtschaftlichein Gründen gewählt worden. Ein kugelförmiges; Auflageglied 108 bietet eine gewünschte sphärische Auflagef1äche, die eine Punktberührung mit dem Fühler ermöglicht, ohne daß eine kostspielige und komplizierte Bearbeitung des Auilagegliedes 108 erforderlich ist.

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Das Auflageglied 108 oder 108' ist vorzugsweise aus einem abnutzungsfesten Werkstoff, z.B. aus Wolframkarbid odor der speziellen AIfesil-Legierung, um es gegen rasche Abnutzung zu schützen. Beispielsweise schon bei einer Abnutzung von nur etwa 0,13 mm wird die Genauigkeit des Meßgerätes 20 beträchtlich beeinflußt, insbesondere beim Messen von Schichtdicken unter etwa 0,5 mm.

Die Befestigung des sphärischen Auflagegliedes im Gehäuse ist ohne Schwierigkeiten möglich, entweder direkt mittels eines Preßsitzes, wie beim Auflageglied 108 gemäß Fig. 9, oder durch Einsetzen einer Hülse oder Büchse 110 in das Gehäuse 100, wie z.B. beim Auflageglied 108' gemäß Fig. 10, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Bohrung des Gehäuses 100.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 100 von solcher Länge, daß die Anordnung des Magneten 104 in einem Abstand von bis zu etwa 5 mm vom Auflageglied 108 oder 108' möglich ist. Außerdem ermöglicht das Gewinde des Gehäuses 100 vorzugsweise das Anordnen des Magneten 104 je nach Bedarf in einem kleineren oder größeren Abstand vom Auflageglied 108 bzw. 108', ohne daß eine körperliche Berührung mit letzterem anders als über das Gehäuse 100 zustande kommt. Bei Bedarf kann auf das Gewinde ein handelsübliches Sicherungsmittel,, z.B. Loctite, aufgetragen werden, um eine unbeabsichtigte Stellungsänderung der Stellschraube 106 zu verhindern.

Gemäß Fig. 7 ist vorzugsweise in der Oberseite des Gehäuses 22 ein Wartungsloch 114 ausgebildet, durch das der magnetische Fühler 70 zugänglich ist. Zum Freilegen des Wartungsloches 114 ist eine Abdeckung 112' zu entfernen, wonach die Stellung des Magneten 104 im Innern des Fühlers 70 mittels eines entsprechenden Werkzeuges, z.B. eines Stiftschlüssels, möglich ist. Vorzugsweise sollte der Stiftschlüssel aus einem

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nicht-magnetisierbaren Nichteisen-Werkstoff, z.B. Kunststoff, sein, um eine Beeinflussung beim Eichen des Meßgerätes 20 zu vermeiden.

Beim Eichen des Meßgerätes 20 wird zuerst der Waagebalken 62 in bezug auf das Schwenklager 64 dynamisch ausgewuchtet. Nach Befestigen an einem Ende der Spiralfeder 98 wird der Waagebalken 62 in das Gehäuse 22 eingebaut, und die Spiralfeder 98 wird gedreht, bis der Waagebalken 62 schwebt. Sodann wird das Einstellrad 94 in Stellung gebracht, mit Anlage eines der Anschlagglieder 93 am Gehäuse 22, so daß eine weitere Drehung der Spiralfeder 98 nur in der Richtung möglich ist, in der sie gespannt wird und den Fühler 70 von der zu messenden Schicht 26 wegdrängt. Sodann wird das andere Ende der Spiralfeder 98 am Einstellrad 94 befestigt und die Anzeigeskala 50 gegenüber dem Einstellrad 94 so gedreht, daß der Skalenhöchstwert angezeigt wird. Sodann wird das Einstellrad 94 gedreht, bis die Nullmarke der Anzeigeskala 50 unter dem Zeiger steht. Das Auflageglied 108 oder 108' wird auf eine Eichfläche aufgesetzt, die entweder mit einer bekannten Dicke beschichtet oder völlig unbeschichtet ist. Eine unbeschichtete Eichfläche wird bevorzugt, damit das Meßgerät 20 eine Schichtdicke Null korrekt anzeigt. Sodann wird durch Drehen der Stellschraube 96 mittels eines unmagnetischen Stiftschlüssels der Magnet 104 vom Auflageglied 108 bzw. 108' wegbewegt, bis die von der Spiralfeder 98 ausgeübte Vorspannkraft die vom Magneten 104 erzeugte magnetische Anziehungskraft gerade ausgleicht.

Für die weiteren Eichvorgänge am Meßgerät 20 wird unter Verwendung verschiedener Eichplatten mit mehreren verschiedenen bekannten Beschichtungsdicken in einer Weise verfahren, die sich für den Fachmann ohne weiteres ergibt. Beispielsweise können Eichflächen mit Beschichtungsdicken von etwa 0,125 mm, 0_r25 mm, 0,5 mm und 1 mm benutzt werden, wobei beim Eichen das Einstellrad 94 solange gedreht wird, bis sich der Fühler 70

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von der Eichfläche gerade abhebt. Die Anzeigeskala 50 wird während der Eichung so markiert, daß der Zeiger die Schichtdicke von z.B. 0,125 nun der Eichfläche angibt. Auf diese Weise kann der gesamte Meßbereich des Meßgerätes 20 für eine spezielle Kombination von Magnet 104, Auflageglied 108 oder 108' und Spiralfeder 98 ermittelt werden.

Ein magnetisches Schichtdickenmeßgerät 20 gemäß der Erfindung mit einem Auflageglied 108 oder 108' aus Alfesil hat üblicherweise einen Meßbereich von 0 bis etwa 0,2 mm, wogegen der Meßbereich eines Meßgerätes 20 mit einem Auflageglied 108 bzw. 108' aus Wolframkarbid gewöhnlich zwischen 0 und etwa 2 mm beträgt. Die auf diese Weise erhaltene Eichskala ist im wesentlichen logarithmisch (und nicht linear), und bei einer für ein Auflageglied 108 bzw. 108' aus Wolframkarbid üblichen Eichskala entspricht der Wertebereich von 0 bis 0,125 mm im allgemeinen etwa 0 bis 90 Grad, der Wertebereich 0,125 mm bis 0,5 mm im allgemeinen etwa 90 bis 180 Grad, und der Wertebereich von 0,5 bis 2 mm im allgemeinen etwa 180 bis 270 Grad.

Die normale Arbeitsweise ist folgende: Das Meßgerät 20 wird auf die zu messende Fläche bzw. Schicht 26 aufgesetzt. Durch Niederdrücken des Ansatzes 72 preßt der Benutzer dann den Fühler 70 an die Schicht 26 an. Wegen der Abstützglieder 30, 40 und 44 kann der Benutzer das Meßgerät 20 mit einer Hand betätigen und wird dazu angeregt, den Ansatz 7 2 mit dem Zeigefinger statt mit dem Daumen zu verstellen. Weil der Ansatz und das Einstellrad 94 nahe beieinander und in einer Linie angeordnet sind, wird der Benutzer dazu verführt, auch das Einstellrad 94 mit demselben Zeigefinger zu betätigen. Vorzugsweise ist das Einstellrad 94 so positioniert, daß die Anzeigeskala 50 eine bedeutend größere als die erwartete Schichtdicke anzeigt. Sodann wird das Einstellrad 94 gedreht, um das von der Spiralfeder 9 8 auf den Waagebalken 62 ausgeübte

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So

Drehmoment zu erhöhen. Sobald dieses erhöhte Drehmoment die magnetische Anziehung des Fühlers 70 gegenüber der Unterlage 28 unter der zu messenden Schicht 26 gerade ausgleicht, heben der Fühler 70 und der Waagebalken 62 von der zu messenden Fläche ab. Der Ansatz 7 2 auf dem Waagebalken 62 zeigt die Abhebung des Fühlers 70 von der Schicht 26 an. Ab diesem Zeitpunkt sollte das Einstellrad 94 nicht weitergedreht werden; der Zeiger zeigt die Dicke der zu messenden Schicht 26 an.

Im Falle einer notwendig werdenden Nacheichung des Meßgerätes 20 kann das Wartungsloch 114 durch Entfernen der Abdeckung 112' freigelegt und dann das Meßgerät 20 in der weiter oben beschriebenen Weise nachgeeicht werden. Hierzu wird die Stellschraube 106 mittels eines unmagnetischen Stiftschlüssels gedreht, um den Abstand zwischen dem Magneten 104 und dem Auflageglied 108 bzw. 108' zu verkleinern oder zu vergrößern. Folglich kann die vom Magneten 104 erzeugte magnetische Anziehungskraft bequem nachgestellt werden, um sie an das von der Spiralfeder 98 erzeugte Drehmoment anzupassen.

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Linda Koch, schweigerstrasse2

Ottawa, Ontario, Canada tuffon.· (089)6610 ji

TEtFGRAMM: PROTECTPATENT

TKi EX: $24070

Ansprüche :

" N

r 1.J Meßgerät zum magnetischen Messen 'der Dicke einer nichtmagnetischen Schicht auf einer magnetisierbaren Unterlage, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden, z.T. an sich bekannten Merkmale:

- ein Gehäuse (22),

- ein Waagebalken (62), der in einem Schwenklager (64) im Gehäuse (22) schwenkbar ist,

- eine Vorrichtung zum selektiven Anpressen des Waagebalkens (62) an die zu messende Schicht (26),

- eine elastische Vorrichtung (Spiralfeder 98) zum Ausüben einer Vorspannkraft, die den Waagebalken (62) von der zu messenden Schicht (26) wegdrängt,

- ein Fühler (70), der den Waagebalken (62) in Richtung auf die zu messende Schicht (26) magnetisch anzuziehen vermag, auf dem Waagebalken (62) angeordnet ist und ein Auflageglied (108; 108')r einen Magneten (104) und ein Mittel zum Fernhalten des Magneten (104) in einem wählbaren Abstand vom Auflageglied (108; 108") aufweist,

- ein Einstellrad (94) zum selektiven Verändern der von der elastischen Vorrichtung (98) ausgeübten Vorspannkraft,

- und eine Vorrichtung zum Anzeigen der Dicke der zu messenden Schicht (26).
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Mittel zum Fernhalten des Magneten (104) vom Auflageglied (108; 108¹) eine Stellschraube (106)

ist, der Fühler (70) ein mit Gewinde versehenes Gehäuse (100) hat, in das die Stellschraube (106) eingeschraubt ist und das an einem Ende das Auflageglied (108; 108') trägt, und der Magnet (104) von der Stellschraube (106) getragen ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Stellschraube (106) aus einem Werkstoff ist, der vom Magneten (104)" magnetisch angezogen wird, und der Magnet (104) an der Stellschraube (106) magnetisch befestigt ist.
4. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Gehäuse (100) aus einem im wesentlichen unmagnetischen Werkstoff ist.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum selektiven Anpressen des Waagebalkens (62) an die zu messende Schicht (26) ein Ansatz (72) auf dem Waagebalken (62) ist, der so angeordnet ist, daß er aus dem Gehäuse (22) je nach Neigung des Waggebalkens hervortritt.
6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Ansatz (72) auf dem Waagebalken (62) zwischen dem Fühler (70) und dem Schwenklager (64) angeordnet ist und in im wesentlichen entgegengesetzter Richtung zum Fühler (70) herausragt.
7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Anzeigen der Dicke der zu messenden Schicht (26) eine Anzeigeskala (50) aufweist, die in bezug auf die elastische Vorrichtung (98) nach Bedarf derart bewegbar ist, daß das Meßgerät (20) eichbar ist.
8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Anzeigeskala (50) am Gehäuse (22) axial angeordnet ist und mehrere Öffnungen (60) aufweist, die um eine Achse der Anzeigeskala (50) angeordnet sind, mit einem wegnehmbaren Stopfen (58) nach Bedarf verschließbar sind und die bedarfsweise Bewegung der Anzeigeskala (50) in bezug auf die elastische Vorrichtung (98) erleichtern.
9. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet , daß das Auflageglied (108;

etwa

108') aus einer Legierung aus 5,4% Aluminium, 85% Eisen und 9,6% Silizium besteht.
10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Auflageglied (108; 108') Wolframkarbid enthält.
11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Auflageglied (108; 108') ferner etwa 5 bis 30% Kobalt enthält.
12. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Auflageglied (108; 108') stirnseitig teilsphärisch ausgebildet ist.
13. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (22) an einem ersten Ende in der Nähe des Fühlers (70) ein erstes Abstützglied (30) und an einem zweiten Ende ein zweites Abstützglied (40) aufweist.
14. Meßgerät nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Gehäuse (22) an einem Mittelabschnitt ein drittes Abstützglied (44) aufweist, das zusammen mit dem ersten und dem zweiten Abstützglied (30,40) eine Ebene bildet.

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15. Meßgerät, insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse, einem Waagebalken, einer Feder und einem Fühler mit eine Auflageglied und einem Magneten, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Fernhalten des Magneten (104) in einem wählbaren Abstand vom Auflageglied (108; 108')·
16. Meßgerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Ansatz (72), der auf dem Waagebalken (62) zwischen dem Fühler (70) und einem Schwenklager (64) für den Waagebalken (62) angeordnet ist, in entgegengesetzter Richtung zum Fühler (70) aus dem Gehäuse (22) selektiv hervortritt, nach Bedarf ein Anlegen des Auflagegliedes (108; 108') an die zu messende Schicht (26) erleichtert und ein Abheben des Fühlers (70) von der zu messenden Schicht (26) anzeigt.
17. Meßgerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Fühler (70) eine Stellschraube (106) verschraubt ist, die den Magneten (104) in einem wählbaren Abstand vom Auflageglied (108; 108') hält, und das Auflageglied (108; 108') eine Legierung aus 5,4% Aluminium, 85% Eisen und 9,6% Silizium enthält.
18. Meßgerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Fühler (70) eine Stellschraube (106) verschraubt ist, die den Magneten (104) in einem wählbaren Abstand vom Auflageglied (108; 108') hält, und das Auflageglied (108; 108') Wolframkarbid enthält.
19. Meßgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (22) drei eine Ebene bildende Abstützglieder (30,40,44) aufweist, von denen das erste (30) in der Nähe des Fühlers (70), das zweite (40) an dem dem Auflageglied (108; 108') fernen Ende des Gehäuses (22) und das dritte (44) an einem Mittelabschnitt des Gehäuses (22) angeordnet ist.