DE3737910A1 - Vorrichtung fuer ein haertemessgeraet - Google Patents
Vorrichtung fuer ein haertemessgeraetInfo
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Description
Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 35 01 288
(US Patent 46 91 559, englische Offenlegungsschrift 85 03 109, japanische Patentanmel
dung 87 647/85) bekannt.
Wie aus der deutschen Offenlegungsschrift Seite 31, Absatz 1, letzter Satz hervor
geht, ist es notwendig, den Prüfkörper "völlig prellfrei" aufzusetzen.
Die dort beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, daß man zum ersten Mal im
Bereich der Härte dünnster Oberflächenschichten die Mikrohärte messen kann. Es
handelt sich hier um ein zerstörungsfreies Meßverfahren. Inzwischen hat sich jedoch
gezeigt, daß man noch prellfreier den Prüfkörper aufsetzen muß als man sich seiner
zeit vorstellen konnte, um all dies aus der Vorrichtung herauszuholen, die im Bezug
auf die Möglichkeiten der Oberflächenhärtemessung und der Mikrohärtemessung in
dieser Vorrichtung stechen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der man den Prüf
körper noch sanfter auf die Oberfläche absetzen kann. Dabei soll nach wie vor die
in diesem Stand der Technik beschriebene Technik weiterhin möglich sein. Das heißt,
es soll möglich sein, das Eindringen des Prüfkörpers unter die Oberfläche des zu
messenden Stoffs mit derjenigen Sonden-Meßtechnik zu ermöglichen, die früher bei
der Messung dünner Schichten verwendet wurde. Dabei können Schichtdickenänderungen
auch kleiner als 1 µm mühelos meßbar sein. Eine Einführung in diese Technik ergibt
die deutsche Offenlegungsschrift 34 08 554. Die in den beiden Offenlegungsschriften
genannten Angaben gelten auch hier.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben,
mit der man noch wesentlich besser in der Lage ist, den Prüfkörper so sanft aufzu
setzen, daß auch Messungen der Härte in ganz oben liegenden Schichtbereichen repro
duzierbar möglich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des
Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, auf zwei bis drei Nano-Meter
Eindringtiefe aufzulösen, was etwa 20 Atom Durchmesser bedeutet.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 erreicht man, daß die Dämpfungsvorrichtung in
ihrem beweglichen Teil zugleich auch als Gegengewicht ausgenutzt werden kann, so
daß die jenseits des Schwenkzentrums vorhandenen Gewichte teilweise oder möglichst
ganz kompensiert werden.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 kann man in jeder Lage messen. Allerdings
scheiden damit Dämpfungsvorrichtungen aus, die fluidgedämpft sind, weil man dann
zum Beispiel beim Arbeiten über Kopf das Fluid dichten müßte, was Reibung verur
sachen würde.
Durch die Merkmale des Anspruchs 4 erreicht man, daß die dämpfende Kraft konstant
ist. An sich könnte man zum Beispiel auch durch eine elektro-magnetische Dämfungs
vorrichtung den Effekt erzeugen. Der durch eine solche Spule fließende Strom ist
jedoch entweder gar nicht oder nur mit hohem Aufwand konstant zu halten. Passive
Dämpfungsvorrichtungen sind jedoch in dieser Richtung unkritisch.
Durch die Merkmale des Anspruchs 5 legt man die Basis für eine besonders einfache
passive Dämpfungsvorrichtung, zumal Permanentmagnete Massenprodukte sind, die
einerseits sehr billig sind und andererseits wegen ihres Massenproduktcharakters hoch
genau gehalten werden können.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 erhält man eine besonders gute Dämpfung in
Gestalt einer Wirbelstrombremse.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 erreicht man, daß die dämpfende Kraft in
allen Lagen der Stabvorrichtung gleich ist. Es ist ja zu berücksichtigen, daß die
magnetische Kraft (und auch andere Kräfte) sich mit dem Quadrat des Abstands
verändern. Wäre das Metallblech uneben, dann wäre die Kraft bei unterschiedlichen
Lagen der Stabvorrichtung unterschiedlich.
Durch die Merkmale des Anspruchs 8 kann man einerseits billig fertigen und hat
nahezu die gleiche Leitfähigkeit wie beim wesentlich teureren Silber.
Durch die Merkmale des Anspruchs 9 erhält man ein Optimum zwischen Preis und
Wirkung. Ein solches Kupferblech ist immer noch genügend steif, so daß es sich
genau in seiner ebenen Lage halten kann ohne zusätzliche Versteifungsrahmen oder
dergleichen. Außerdem wird ja das Blech bei der Dämpfungsarbeit in seiner schweren
Richtung beeinflußt, was es ohne weiteres aushalten kann.
Mit Flächen gemäß dem Anspruch 10 bleibt die Vorrichtung genügend klein, die Masse
genügend gering und trotzdem ist die Fläche genügend groß, um die Magnetkräfte
angreifen zu lassen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 11 garantiert man durch die massive und steife
Ausbildung, daß die andererseits geringen Abstände immer eingehalten werden, und
man kann mit dem Metallblech nahe an die Permanentmagnete heran.
Durch die Merkmale des Anspruchs 12 werden die Permanentmagnete lagemäßig fest
gefaßt und jeder taucht gleich tief in die Platte ein, so daß das Feld über die Fläche
homogen ist.
Durch die Merkmale des Anspruchs 13 erhält man gleiche, präzise Abstandsbedingungen
durch einfache Mittel.
Durch die Merkmale des Anspruchs 14 verändert sich die Eigenschaft der Permanent
magnete nicht, was durch Schläge oder Wärme möglich wäre. Außerdem gibt es dann
bei den Permanentmagneten wenig Ausschuß, die ja zum Splittern neigen.
Die nach Wissen der Anmelderin besten Eigenschaften erhält man zur Zeit bei Per
manentmagneten gemäß dem Anspruch 15.
Durch die Merkmale des Anspruchs 16 erhöht man die Dämpfungswirkung und ver
meidet seitliche Kräfte, die auf die Stabvorrichtung verkantend wirken könnten. Das
Schwenkzentrum muß also nur Kräfte aushalten, die in Richtung der Bewegung des
Prüfkörpers gehen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 17 erhält man eine noch bessere Dämpfungswir
kung. Vordergründig müßte man glauben, daß sich ein magnetischer Kurzschluß ergibt.
Die Wirkung ist jedoch besser, als wenn man für die Platten zum Beispiel Aluminium
oder ein anderes nicht magnetisches Material verwenden würde.
Durch die Erfindung erhält man eine A-periodische Dämpfung mit einem einmaligen
Überschwingen von etwa 8%. Beste Werte erhält man, wenn das Kupferblech einen
Leitwert von etwa 100% gemäß IACS hat. Mit der Erfindung kann man Eindring
tiefen bis auf 2 Nano-Meter auflösen, das heißt, bis auf 20 Atom Durchmesser. Die
verwendeten Magnete sind nahezu temperaturunabhängig und ihre Remanenz ist
außerordentlich hoch.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrie
ben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise explodiert,
jedoch nur mit einem Teil der Dämpfungsvorrichtung
Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 33 in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 44 in Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 55 in Fig. 1,
Fig. 6 eine Ansicht einer als Schwenkgelenk dienenden Blattfeder,
Fig. 7 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 7 in Fig. 6, teilweise abgebrochen zur
Verdeutlichung der Wirkung der Blattfeder nach Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch den rechten unteren Bereich des rechts in Fig. 1
gezeichneten Röhrchens,
Fig. 9 eine perspektivische Gesamtansicht eines Handgeräts, teilweise geöffnet.
Fig. 10 eine Seitenansicht der in Fig. 1 links inkomplett dargestellten Dämpfungs
vorrichtung in explodierter Darstellung,
Fig. 11 ein Schnitt längs der Linie 11, 11 in Fig. 10 samt im Schlitz befindlichem
Metallblech,
Fig. 12 eine Innenansicht einer Metallplatte ohne Magnete.
Am Boden 11 eines in Fig. 9 dargestellten Härtemeßgerätes ist eine Tragplatte 12
angeschraubt, auf der starr ein Ständer 13 befestigt ist, der quadratischen Querschnitt
hat und dessen eine Kante 14 in Fig. 1 nach vorne schaut. Von der Stirnseite her
ist ein Gewindesackloch 16 eingebracht. Entsprechend dem Quadrat-Querschnitt des
Ständers 13 ist in einen metallischen Lagerbock 17 von dessen vorderer Seite her
eine dreieckig-prismatische Führung 18 eingebracht, die eine Längsausnehmung 19
(Fig. 3) schneidet, weshalb man in Fig. 1 die Schnittlinien 21 sieht. Ein Klemm
block 22 ist auf der gemäß Fig. 1 vorderen Seite des Lagerbocks 17 mit Schrauben
23 angeschraubt und hat eine zur Führung 18 komplementäre Ausnehmung, so daß
der quadratische Querschnitt des Ständers 13 aufgenommen werden kann und beim
Anziehen der Schrauben 23 nahezu vollständig umfaßt und der Höhe nach nicht mehr
verschieblich festgeklemmt werden kann. Der Lagerbock 17 umfaßt eine obere
Klemmplatte 24, die eine Durchgangsbohrung fluchtend mit dem Gewindesackloch 16
hat. Diese Durchgangsbohrung wird vom Gewindeschaft einer Schraube 26 durchquert,
die in das Gewindesackloch 16 eingeschraubt ist. Zwischen der Unterseite der Klemm
platte 24 und der oberen Stirnfläche des Ständers 13 ist ein Tellerfederpaket 27
gespannt. Bei gelösten Schrauben 23 bewegt sich der Lagerbock 17 am Ständer 13
nach unten und bei umgekehrter Drehrichtung der Schraube 26 nach oben. Für das
Tellerfederpaket 27 und die Schraube 26 hat die Klemmplatte 24 einen gemäß
Fig. 3 nach links gerichteten Vorsprung 28, der über die gemäß Fig. 3 linke ebene
Fläche 29 hinausgeht. Nahe der Fläche 29 und der zu ihr parallelen ebenen Fläche 31
des Lagerbocks 17 hat die Klemmplatte 24 vier Durchgangsbohrungen für vier
Schrauben 32, die in einen das Kernstück des Lagerbocks 17 bildenden Korpus 33
eingeschraubt sind, der gemäß Fig. 3 die Gestalt eines gedrungenen H hat. Die
Klemmplatte 24 hat einen über ihre ebene Unterseite 34 stets senkrecht zu einer
geometrischen Längsachse 38 eines später noch zu besprechenden Röhrchens 40. Die
Seitenflanken 39 des Vorsprungs 36 verlaufen parallel zueinander und in der Ansicht
der Fig. 3 senkrecht. Gemäß Fig. 3 komplementär zu dieser Gestaltung hat der
Korpus 33 eine breite und flache Nut 41, die mittig zur geometrischen Längsachse
38 ist und ebenfalls senkrecht zu dieser. Zwischen der Unterseite 37 und dem Boden
der Nut 41 ist der gemäß Fig. 1 linke Bereich einer ersten Blattfeder 42 gespannt,
die aus Beryllium/Kupfer ist. Die 1:1 Zeichnung von Fig. 1 läßt das vordere Ende
43 der Blattfeder 42 erkennen. Das hintere Ende 44 fluchtet mit der Rückseite des
Lagerbocks 17, so daß eine etwa 3 cm lange Einspannstelle entsteht, die im Ver
hältnis zur Gesamtlänge der Blattfeder 42 von 88,5 mm recht lang ist. Der Austritt
46 der Blattfeder 42 aus dem Lagerbock 17 liegt definiert in der gemäß Fig. 1
rechten, ebenen Seite 47, die parallel zur geometrischen Längsachse 38 verläuft. Am
Austritt 48 ist der Vorsprung 36 und der Boden der Nut 41 scharfkantig, so daß ein
definierter Austritt 46, eine definierte Einspannung und ein definierter Abstand zur
geometrischen Längsachse 38 entsteht. Die Blattfeder 42 ist 0,1 mm dick, weshalb
man sie in der Ansicht von Fig. 3, die ebenfalls eine 1:1 Darstellung ist, nicht
sehen kann. Sie ist 12 mm breit und die Nut 41 ist nur wenig breiter, so daß sie
die Blattfeder 42 ohne Verspannung aufnehmen kann. Wie Fig. 3 zeigt, ist die
Unterseite 37 und der Boden der Nut 41 senkrecht zur geometrischen Längsachse 38.
Unter die Unterseite des Korpus 33 ist eine Klemmplatte 48 geschraubt, die bis auf
den Vorsprung 28 der Klemmplatte 24 gleicht, jedoch etwas dünner als diese ist.
Mit ihrer Hilfe und einer entgegengesetzt zur Nut 41 gerichteten Nut 49 wird eine
gleiche, zweite Blattfeder 51 gehalten. Da die Umstände hinsichtlich der Blattfeder
42 genau beschrieben worden sind, brauchen sie hier nicht wiederholt zu werden. Es
sei lediglich darauf hingewiesen, daß auch diese Nut 49 senkrecht zur geometrischen
Längsachse 38 verlaufen muß und die Austrittstelle 52 den gleichen Abstand zur
geometrischen Längsachse 38 hat. Auch die Blattfeder 51 ist aus CuBe2 und
0,1 mm dick. Auch die anderen Abmessungen stimmen völlig überein. Die Blattfedern
42, 51 sind platt eben und ohne jede Eigenspannung, die von ungeeigneten Bearbei
tungsverfahren oder auch von Ausbeulungen herrühren könnten. Die Homogenität der
Eigenschaften ist auch in bezug auf Kräfte von 0,1 bis 0,01 Milli-Newton vorhanden.
Die Blattfeder 42 hat in ihrem freien Endbereich ein kreisrundes Loch 53 von 6 mm
Durchmesser. Auch dieses ist spannungsfrei an den Rändern durch Ätzen entstanden.
Das Loch 53 liegt sowohl koaxial zur geometrischen Längsachse 38 als auch genau
in der Mittellinie 54 der Blattfeder 42. Wegen letzterem entsteht keine Kippneigung.
Mit genau der gleichen Geometrie hat die Blattfeder 51 ein Loch 56.
Das Röhrchen 40 besteht aus einer Titan/Aluminium-Legierung, so daß es sowohl
leicht als auch steif ist. Es ist aus dem vollen heraus spanabhebend hergestellt. Sein
Außendurchmesser entspricht dem Durchmesser der Löcher 53, 56. Im Ruhezustand
(Nullage) liegt das Röhrchen 40 exakt koaxial zur geometrischen Längsachse 38.
Oben hat es ein Außengewinde 57. Die Befestigung des Röhrchens 40 im Loch 53
erfolgt sowohl durch ein von oben aufgeschobenes Ringchen 58 als auch ein von
unten hergeschobenes Ringchen 59. Diese separaten Ringchen sind durch einen kalt
abbindenden Klebstoff mit dem Röhrchen 40 verklebt. Im unteren Bereich auf der
Höhe der Oberseite der Blattfeder 51 hat das Röhrchen 40 einen kreiszylindrischen
Bund 61, dessen Unterseite vom rechten Endbereich der Blattfeder 42 exakt den
gleichen Abstand hat, wie der Abstand zwischen dem Austritt 46 und 52. Unterhalb
des Bunds 61 durchquert das Röhrchen 40 das Loch 56 und ragt noch ein wenig
darunter, so daß es in eine koaxiale Hülse 62 hineinpaßt. An den oberen Bereich
dieser Hülse 62 und den Bund 61 wurde etwas kaltabbindender Kiebstoff gegeben.
"Kalt" heißt hier natürlich eine Temperatur, die das Gefüge der Blattfedern nicht
verändert. Die Hülse 62 faßt ganz unten einen den Prüfkörper bildenden Diamanten
63 und auf das Außengewinde 57 ist koaxial ein elektromotorischer Antrieb 63 auf
geschraubt. Diese Konfiguration würde ausreichen, wenn man sicher ist, daß die
geometrische Längsachse 38 beim Messen immer zum Erdmittelpunkt zeigt. Um jedoch
in beliebiger Lage messen zu können, sind noch weitere Vorkehrungen getroffen:
Eine Blattfeder 54 ist in Fig. 6, Maßstab 2:1, dargestellt. Sie ist 14 mm breit,
25 mm hoch, ebenfalls aus CuBe2 hergestellt, 0,1 mm dick und hat ihre Form
spannungsfrei durch Ätzen erhalten. Sie ist in Ruhelage völlig eben. Ihre Mittenebene
66 liegt auch zugleich in der geometrischen Längsachse 38 und der Mittellinie 54.
Zur Mittenebene 66 ist sie symmetrisch. Ihre in der Zeichnungsebene von Fig. 6
liegende Ebene ist parallel zur geometrischen Längsachse 38. Die in ihrem Umriß
rechteckige Blattfeder 64 hat eine auf dem Kopf stehende U-förmige mittensymme
trische Ausnehmung 67. Darüber ist ein breiter Klemmbereich 58 mit Positionierloch
69 vorgesehen, von dem aus zu beiden Seiten zwei schmale Arme 71, 72 nach unten
gehen. Von diesen ist durch die Längsschenkel des U eine Mittenzunge 73 abgegrenzt,
die unten durch einen Quersteg 74 in die Arme 71, 72 übergeht. Soweit die Ecken
der Ausnehmung 67 im Betrieb mit Spannung beaufschlagt werden können, ist dort
ein Radius von 0 75 mm vorgesehen. Die Blattfeder 64 ist in der Längsausnehmung 19
durch eine Klemmplatte 76 in senkrechter Richtung hängend spannungs- und verwöl
bungsfrei festgeklemmt, wobei die Klemmkraft durch zwei Schrauben 77 aufgebracht
wird. Das Positionierloch 95 wird von einem Positionierzapfen durchquert, der fest
mit dem Korpus 33 verbunden ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, laufen die Begren
zungsränder der Blattfeder 54 - soweit sie senkrecht verlaufen - parallel zur geome
trischen Längsachse 38 und senkrecht zu dieser, sofern sie waagrecht verlaufen. In
der Mittenzunge 73 ist mittig ein kreisrundes Loch 78 eingeätzt, dessen Mittenachse
die geometrische Längsachse 38 schneidet. Die Radien 79 liegen wesentlich tiefer
als die Unterkante des Lochs 78 und haben von der Unterkante einen minimalen Ab
stand von etwa 2 mm, so daß die Mittenzunge 73 gemäß Fig. 7 sich ungefähr senk
recht stehend nach links bewegen kann, wenn eine Kraft am Loch 78 eine gemäß
Fig. 7 nach links gerichtete Kraft ausübt. Die Arme 71, 72 verlaufen dann schwach
S-förmig. Diese Kraft kann durch ein zweites Röhrchen 81 aufgebracht werden, das
das Loch 78 durchquert und dort in der oben erwähnten Klebetechnik starr festge
klebt ist. Das Röhrchen ist aus Gewichts- und Steifigkeitsgründen ebenfalls aus einer
Aluminium-/Titan-Legierung und dünnwandig. Sein Außendurchmesser ist 5 mm, es
ist etwa 11, 5 cm lang. Sein gemäß Fig. 1 rechter Endbereich hat einen kurzen
Querschlitz 82, der exakt in der Ebene der Blattfedern 42, 51 liegt, das heißt, senk
recht zur geometrischen Längsachse 38. Eine im Vergleich zu den Blattfedern 42, 51
kurze, aber ebenso breite und aus den gleichen Materialien bestehende, in Ruhelage
spannungsfreie und in ihrem Umriß geätzte Blattfeder 83 hat gemäß Fig. 5 etwa
in ihr Mittenbereich zwei tiefe, seitliche Buchten 84, zwischen denen etwa ein
Viertel der Blattfederbreite stehen bleibt. Links davon bleibt eine Finne 86 stehen,
die in den Schlitz 92 spannungsfrei eingeklebt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,
hat das rechte Ende des Röhrchens 81 einen geringen Abstand von etwa 8 mm von
der geometrischen Längsachse 38. Die Blattfeder 83 steht exakt senkrecht zur geo
metrischen Längsachse 38 und hat ein Loch 87 entsprechend und vollständig fluchtend
mit den Löchern 53, 56. Im Umfangsbereich des Lochs 87 ist mit Hilfe der gleichen
Technik von Ringchen oder mit dem Röhrchen 40 einstückigem Gegenflansch eine
Verklebung vorgenommen.
Das Röhrchen 81 hat links ein Außengewinde 88, auf das ein Gegengewicht 89 mit
einer Kontermutter 91 geschraubt ist. Ferner befindet sich auf dem Außengewinde 88
eine Scheibe 92, für eine elektrische Dämpfungsvorrichtung, deren Funktion hier nicht
interessiert. Mit dem Gegengewicht 89 macht man einen solchen feinen Gewichts
ausgleich, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration die Blattfedern 42, 51,
83 nicht durchgebogen sind.
Gemäß Fig. 8, die ja in einem darstellenden Maßstab 10:1 zeigt, sieht man oben
das im Durchmesser 6 mm messende Röhrchen 40. Die Befestigung der Hülse 62
geschieht durch kaltabbindenden Klebstoff, in der Reihenfolge: Bund 61 an dem die
Blattfeder 51 von unten anliegt, die obere koaxiale kreiszylindrische Stirnfläche 93
der aus Aluminium bestehenden Hülse 62 und das überlappende Einfahren des untersten
Bereichs des Röhrchens 40 in eine obere koaxiale Bohrung 93 einer weiter nach
unten reichenden Stufenbohrung. Gemäß Fig. 8 von links her und gemäß Fig. 1
von rechts her hat die Hülse 62 in der stehenbleibenden Wand ein großes Loch 94,
in das ein gehäusefester Arm 96 ragt, in dem elektrische Leitungen 97 verlegt sind,
die zu einem Sondenkopf 98 führen, der mit der Sonde 77 aus der eingangs erwähnten
Offenlegungschrift vergleichbar ist. Im Spulenraum 99, der koaxial zur geometrischen
Längsachse 38 ist, befindet sich - wie angedeutet - eine Spule 101. Der Boden 102
der Bohrung 93 liegt erheblich tiefer als die Unterseite der Spule 101. Aus ihm ragt
ein Meßpol 103 nach oben, der aus AlCuMgPbF38 besteht. Seine Stirnfläche 104
ist feinbearbeitet und steht senkrecht zur geometrischen Längsachse 38. Sein Zapfen
106 steckt fest in einer Bohrung 107 eines rotationssymmetrischen Diamantträgers
108. Seine Hülse 109 steckt in einer koaxialen Fortsetzungsbohrung 111, die der
Kopf des Meßpols 103 nicht berührt. Im Bereich unterhalb des Endes der Bohrung 107
ragt der Diamantträger 108 mit einem balligen Wulst 112 nach außen. Der Wulst 112
sitzt in einer flachen, in die untere Stirnfläche 113 der Hülse 62 mündenden kreis
zylindrischen Bohrung 114. Diese hat in ihrer Wand unterhalb der dicksten Stelle 116
des Wulsts 112 eine Innenumfangsnut 117, die senkrecht zur geometrischen Längs
achse 38 verläuft und in der ein Sprengring 118 sitzt, der in seiner mehr der ent
spannten Lage näheren Lage mindestens teilweise in die Bohrung 114 ragt, aber in
seiner vollständig entspannten Lage nicht weiter hineinragt, als diejenige Ecke 119,
die der Umfang des Wulsts 112 mit einer kreisringförmigen Schulter 21 bildet, die
senkrecht zur geometrischen Längsachse 38 steht und die nach innen zu den Übergang
zur Umfangsfläche der Hülse 109 bildet. Diese Schulter 121 liegt am Boden 122 der
Bohrung 114 an und zwar sehr definiert und wird in dieser Lage auch sicher durch
den Sprengring 118 gehalten, der noch unter Spannung steht und - da er über
die dickste Stelle 118 gerutscht ist - versucht, den Wulst 112 und damit den ganzen
Diamantträger 108 nach oben zu drängen.
Im Gehäuseboden 11 befindet sich der aus Fig. 8 ersichtliche Einsatz 124, der eine
Zentralbohrung 126 hat, durch den die Fassung 127 eines Diamants 128 treten kann.
Die Fassung 127 ist über einen Zylinder 129 einstückig mit dem Wulst 112. Der Ein
satz 124 hat auch einen Topf 131, der nach oben offen ist, Bewegungen in ungewoll
ter Richtung verhindert und so den unteren Bereich der Hülse 62 samt Diamantträger
108 schützt. Diese Konstruktion gestattet, in unmittelbarer Nachbarschaft des Dia
menten 128 koaxial zu messen und gestattet eine einfache, aber reproduzierbare,
Auswechselbarkeit des Diamantträgers 108. Die Stirnfläche 104 macht nahezu unmit
telbar (praktisch gesehen absolut unmittelbar) die Bewegungen des Diamanten 128
und seiner Spitze mit. Die Stirnfläche 104 entspricht der nach unten weisenden
Fläche des Teils 74 aus der eingangs genannten deutschen Offenlegungsschrift.
In Fig. 9 erkennt man die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die
Spindel 132 und die Blattfeder 133 entsprechen der Spindel 104 und der Blattfeder
96 aus der deutschen Offenlegungsschrift. Auf einer Platine 134 ist notwendige
Elektronik untergebracht.
Wenn der Meßpol 103 aus Aluminium ist, gibt es keine kräftemäßige Rück
wirkung zwischen ihm und der Spule 101. Macht man ihn aber bevorzugt ganz
oder zumindest im oberen Bereich aus Ferrit, so erhält man eine wesentlich
bessere Empfindlichkeit der Anzeige. Auch bei Ferrit konnte keine Rückwirkung
gemessen werden.
Im Loch 78 liegt der Schwerpunkt aller auf das Röhrchen 81 wirkender
Massen einschließlich seiner eigenen Masse.
Das Gegengewicht 89 ist eine kreisförmige metallische Scheibe und hat ein Innen
gewinde 136, das auf das Außengewinde 88 aufgeschraubt ist. In der Zeichnungsebene
ist in das Gegengewicht 89 genau radial ein Schlitz 137 von oben und ein Schlitz 138
von unten eingebracht, der jedoch nicht bis zum Innengewinde 136 reicht. In jeden
Schlitz 137, 138 hinein reicht ein Innengewinde 139, 141, in das eine nicht darge
stellte Madenschraube hineingeschraubt ist. Diese halten die Scheibe 92 bzw. die
Scheibe 142 in ihrem rechten unteren bzw. rechten oberen Eckbereich fest. Beide
Scheiben 92, 142 sind etwa 2,5 mm breit. Die Scheibe 142 ist quadratisch und die
Scheibe 92 ist 33 mm hoch. Beide sind 0,5 mm dick und sehr eben. Sie sind aus
Kupfer mit einem höheren Kupferanteil als 95%. Bewegt sich das Röhrchen 40 mit
dem Prüfkörper 63 auf und ab, dann bewegen sich die Scheiben 92, 142 in der jeweils
umgekehrten Richtung mit dem Drehpunkt um die Mittenzunge 73 auf und ab.
An der in Fig. 9 dargestellten Stelle ist ein massives rechteckiges Metallprofil 143
fest am Boden 11 angeschraubt. Es ist etwa 6,5 cm hoch und trägt 2 obere Platten
144, 146, die aus Eisen sind. Sie sind jeweils 4 mm dick und messen 3 cm im Quadrat.
Mit ihrem gemäß Fig. 10 und 11 linken Randbereich sind sie von beiden Seiten durch
eine Schraube 147 vom Metallprofil 143 her und zwei Schrauben 148 von der Platte 144
her am Metallprofil 143 festgeschraubt. Das Ganze bildet also eine sehr massive,
überaus steife Konstruktion. Zur Erzeugung eines Schlitzes 149 zwischen den ebenen
Innenflächen 151, 152, die völlig parallel zueinander stehen, ist im linken Randbereich
eine streifenförmige Beilage 153 vorgesehen. Diese wird ebenfalls von den Schrauben
147, 148 durchquert. Die Beilage 153 ist 1,3 mm dick, so daß bei exakt mittiger
Positionierung der Platten 144, 146 im Schlitz 149 beiderseits 0,4 mm Luft verbleibt.
Die Platten 144, 146 haben in senkrechter Richtung im nicht vom Metallprofil 143
überdeckten Bereich und unmittelbar angrenzend an die Beilage 153 drei in senk
rechter Richtung angeordnete Reihen von identischen Stufenbohrungen 158, 159, die
einander genau gegenüberliegen. Die Reihe 154 und 157 hat vier Bohrungen und die
Reihe 156 hat drei Bohrungen, wobei die Reihen zwecks Platzersparnis in der gezeich
neten Weise versetzt angeordnet sind. Durch dieses Versetzen kann man die einzelnen
Stufenbohrungen sehr nahe aneinander setzen. Jede Stufenbohrung 158, 159 ist paar
weise auf gleicher Höhe, fluchtend miteinander, vorgesehen. Es entsteht durch die
Stufen ein größerer Magnetraum 161, an diesen anschließend ein im Durchmesser
kleinerer Raum 162 sowie eine an diesen wiederum anschließende Austrittsbohrung
163. Zwischen den Magnetraum 161 und dem Raum 162 entsteht eine Ringschulter 164.
Der Magnetraum hat einen Durchmesser von 6,1 mm und ist 2,15 mm hoch. In ihm
sitzt ein kreisringförmiger Permanentmagnet 166, der 2,15 mm hoch ist, also mit
seiner Oberseite genau mit der Innenfläche 151, 152 fluchtet. Er ist in dem Magnet
raum 161 eingeklebt, wobei die Ringschulter 164 ihn genau positioniert und der Raum
162 sowie die Austrittsbohrung 163 überschüssigen Klebstoff aufnehmen. Wichtig ist,
daß alle 11 Permanentmagnete 166 einer Platte 144, 146 die gleiche Polarität haben.
Zum Beispiel muß die Innenfläche 151 mit der Südpolfläche bündig sein und auch in
der Innenfläche 152 müssen die gleichen Pole liegen. Es ergab sich kein meßbarer
Unterschied, ob sich dann gleichnamige oder ungleichnamige Pole relativ zum Schlitz
149 gegenüberliegen.
Was hier genau für die Platten 144, 146 beschrieben wurde, gilt analog für die
beiden Platten 176, von denen in der Fig. 10 nur die eine sichtbar ist. Deren Schlitz
fluchtet genau mit dem Schlitz 149 und in ihm liegt völlig symmetrisch die Scheibe
142. Die völlige Symmetrie bringt mit sich, daß auf das Röhrchen 81 keine senk
recht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 wirkenden Kräfte erzeugt werden.
Das Gegengewicht 89 vereinigt die Hauptmasse. Hinzu kommt die kleinere Masse der
Scheiben 92, 142. Das Gesamtgewicht von allen drei Bauteilen liegt etwa bei 15 Gramm.
Die Scheiben 92, 142 könnte man auch aus Silber herstellen. Es fragt sich jedoch, ob
die etwa 10% größere elektrische Leitfähigkeit den Preisunterschied wettmacht.
Läßt man das Außengewinde 88 links vom Gegengewicht 89 enden, so kann man
den Abstand zwischen den Scheiben 92, 142 weglassen und eine einzige,
durchgehende Scheibe vorsehen, der dann durchgehende Platten 144, 146 mit mehr
Permanentmagneten 166 entsprechen würden.
Die beschriebene Dämpfungsvorrichtung dämpft aperiodisch sogar das Stromrauschen
im Antrieb 63. Größenordnungsmäßig dämpft die Vorrichtung schon bei Geschwindig
keiten von einigen Nano-Metern/Zehntelsekunde.
Die verwendeten Magnete sind Produkte der Firma Krupp, wie sie unter dem Waren
zeichen Koermax vertrieben werden.
Claims (17)
1. Vorrichtung für ein Härtemeßgerät,
mit einer Stabvorrichtung, an deren einem Endbereich ein Prüfkörper gehalten ist, deren Mittenbereich um ein Schwenkzentrum schwenkbar ist und die einen zweiten Endbereich aufweist, sowie
mit einer sanft absenkbaren Meßvorrichtung, die auf der Basis von Sonden zur Messung der Dicke dünner Schichten arbeitet,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
mit einer Stabvorrichtung, an deren einem Endbereich ein Prüfkörper gehalten ist, deren Mittenbereich um ein Schwenkzentrum schwenkbar ist und die einen zweiten Endbereich aufweist, sowie
mit einer sanft absenkbaren Meßvorrichtung, die auf der Basis von Sonden zur Messung der Dicke dünner Schichten arbeitet,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) Am einen Endbereich der Stabvorrichtung ist der bewegliche erste Teil einer Schwingungs-Dämpfungsvorrichtung vorgesehen.
- b) Die Längserstreckung des ersten Teils fluchtet mit der Bewegungsrichtung des Prüfkörpers.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des Schwenk
zentrums das Moment aus Gewicht des ersten Teils der Dämpfungsvorrichtung ×
erste Länge Stabvorrichtung bis zum Schwenkzentrum mindestens etwa gleich dem
am Prüfkörper-seitigen zweiten Endbereich wirkenden Gewicht × zweite Länge
Stabvorrichtung bis zum Schwenkzentrum ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvor
richtung lageunabhängig ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvor
richtung passiv ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvor
richtung Permanentmagnete aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche erste
Teil der Dämpfungsvorrichtung ein elektrisch gut leitendes Metallblech ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech in
seinem wirksamen Bereich sehr eben ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech
Kupferblech ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferblech aus
hochreinem Kupfer mit einem Kupferanteil von höher als 95% ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitige
Fläche des Kupferblechs im Bereich von 5 bis 30 cm2, vorzugsweise zwischen
10 und 20 cm2 liegt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der gehäusefeste zweite Teil der Dämpfungsvorrichtung eine
massive, sehr steife Trägervorrichtung für Permanentmagnete aufweist, deren
Austrittsfläche bzw. Eintrittsfläche mit geringem Abstand der Fläche des Metall
blechs gegenüberliegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung
mindestens eine auf ihrer Vorderseite ebene Platte umfaßt, in die die Perma
nentmagnete in Einsenkungen eingebettet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der
Permanentmagnete mit der Vorderseite der Platte fluchtet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete
mit Klebstoff angeklebt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete
vom Typus anisotroper Dauermagnetwerkstoffe aus Seltenerdmetall und Kobalt
sind.
16 Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander
parallele Platten vorgesehen sind, die aus Eisenmetall bestehen, die mit einem
kleinen Abstand zueinander starr montiert sind, und daß in dem so gebildeten
schmalen Spalt das Metallblech symmetrisch angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen Weich
eisen ist.
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