DE3738106C2 - Vorrichtung für ein Härtemeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Härtemessung beruht bekanntlich vielfach auf dem Prinzip, die Eindringtiefe des Prüfkörpers mit seiner kalibrierten Spitze zu messen, wobei die Eindringtiefe bei gegebener Kraft mit derjenigen bei einem Referenzobjekt verglichen wird, dessen Härte bekannt ist. Eine Weiterentwicklung auf diesem Prinzip aufbauend brachte die gattungsgemäße Vorrichtung gemäß der DE 34 08 554 A1 oder der DE 35 01 288 A1, indem die Messung der Eindringtiefe mittels einer sehr hochauflösenden Sonde erfolgt, wie sie zur Messung der Dicke sehr dünner Schichten entwickelt wurde. Man kommt dabei mit äußerst geringen Eindringtiefen aus, so daß man die Messung praktisch als zerstörungsfrei bezeichnen kann. Hierbei ist es auch erforderlich, die Eindringkraft entsprechend klein und dabei möglichst exakt zu halten.

Bei den vorgenannten Vorrichtungen ist deshalb ein elektromotorischer Drehantrieb als Kraftgeber vorgesehen, wobei das Drehlager des Motor-Rotors zugleich als Schwenklager für einen relativ langen Hebel dient, an dem die Stabvorrichtung mit dem Prüfkörper angebracht ist. Der lange Hebel ist erforderlich, damit die Stabvorrichtung trotz der Schwenklagerung selbst nur unwesentlich um ihre geometrische Längsachse kippt. Die Hebellänge verstärkt aber jede Kraftschwankung, die etwa durch einen nicht ganz konstant gehaltenen Strom auftritt. Eine Biegung des Hebels würde die Messung stören, weshalb der Hebel sehr steif und deshalb massig ausgeführt werden muß. Dies reduziert die Feinfühligkeit des Antriebs. Ein Drehlager hat ein unvermeidliches Lagerspiel und der bei der nahezu "Null-Bewegung" während der eigentlichen Meßphase auftretende Stick-Slip-Effekt schränken die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Eindringkraft ein. Die vorbekannten Vorrichtungen können daher den Vorteil der hochauflösenden Messung nicht optimal nutzen.

Aus der DE 35 06 437 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine in einem Ringspalt einer Dauermagnetanordnung eingesetzte Tauchspule eine Federanordnung spannt, die ihrerseits mit ihrer Federspannung die Stabvorrichtung mit dem Prüfkörper gegen das Meßobjekt drückt. Es ist auch alternativ vorgesehen, die Spule stationär anzuordnen und einen permanent­ magnetischen Tauchanker vorzusehen. Der Kraftgeber ist hier letztlich die Federanordnung, wobei die Federspannung mittels Dehnmeßstreifen gemessen wird. Die hieraus abgeleitete Eindringkraft repräsentiert aber nur ungenau die tatsächliche Eindringkraft des Prüfkörpers. Dies liegt zum Einen daran, daß die Dehnmeßstreifen nur einen Teilbereich der Federanordnung erfassen können, so daß Federbereiche zwischen den Dehnmeßstreifen und der Stabvorrichtung in ihrem Verhalten nicht berücksichtigt werden. Zum Zweiten setzt die Messung die Kenntnis des Biegeverhaltens der Federelemente voraus, was nur näherungsweise erfüllbar ist. Weiterhin sind auch die Dehnungsmeßstreifen toleranzbehaftet und die elektronische Meßschaltung kann Auswertefehler erzeugen. Schließlich muß die Federanordnung erheblich verformt werden, damit die Dehnungsmeßstreifen ein auswertbares Signal liefern. Die beschränkte Präzision der Kraftmessung und Krafteinstellung ist daher unzureichend im Zusammenhang mit einer hochauflösenden Schichtdicken-Sonde als Wegmeßelement.

Aus der DE-OS 17 73 132 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen magnetischen Tauchkern aufweist, der unmittelbar mit der Stabvorrichtung mit dem Prüfkörper verbunden ist und von einer Spule bei eingeschaltetem Strom hochgezogen wird, um so die Wirkung der Belastungsgewichte aufzuheben. Als Kraftgeber nämlich sind geeichte Gewichte vorgesehen, die an einem oberen Waagebalken aufgehängt werden. Das kleinste noch praktisch handhabbare Gewicht von 1 g setzt die Untergrenze für die Eindringkraft und ist damit etwa um den Faktor 100 zu groß für eine Wegmessung mit einer hochauflösenden Schichtdicken-Sonde.

Aus der DE-PS 12 87 334 ist eine Vorrichtung bekannt, die nach einem anderen Prinzip arbeitet. Die Stabvorrichtung besteht hierbei aus einem magnetostriktiven Material, welches über eine Erregerspule, die von einem Generator gespeist wird, in Schwingungen versetzt wird. Diese Ultraschallenergie wird auf das Prüfobjekt übertragen und aus der Art, wie diese Energie im Prüfobjekt weitergeleitet oder reflektiert wird, schließt man auf dessen Oberflächeneigenschaften. Soweit hier ein Andrücken der Spitze der Prüfsonde stattfindet, dient dies nur der Schwingungsübertragung und hierfür genügt das Gewicht der Sonde und der mit ihr verbundenen Bestandteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine Eindringkraft solcher Größe und Genauigkeit zu erzeugen ermöglicht, die mit der hochauflösenden Messung der Eindringtiefe mittels einer Sonde im Einklang steht, wie sie zur Messung der Dicke dünner Schichten verwendet wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Spule arbeitet im starken Magnetfeld der Permanentmagnete, die an Magnetträgern beidseits der Spule am Trägerstab angeordnet sind. Entfernt sich ein Magnetträger, so nähert sich dafür der andere Magnetträger entsprechend. Es bleibt dabei die Auslenkkraft im Bereich des Hubes proportional zum Erregerstrom in der Spule, wobei der ohm′sche Widerstand der Spule und ihr Temperaturkoeffizient vernachlässigbar sind, wenn mit eingeprägtem Strom ausgesteuert wird. Der Trägerstab ist unmittelbar mit der Stabvorrichtung verbunden, so daß im Übertragungsweg keine Bewegungsverzerrung auftritt. Es kann eine Eindringkraft von 1 N bis herab zu 0,1 mN reproduzierbar erzeugt werden (0,1 mN entspricht der Kraft, die ein Gewicht von etwa 0,01 g auf eine ruhende Unterlage ausübt). Praktisch wird ein Hub von 1-2 mm benötigt (von der zurückgezogenen Ruhelage bis zum Aufsetzen des Prüfkörpers am Meßobjekt, wobei die anschließende Eindringbewegung vernachlässigbar gering ist).

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird sichergestellt, daß außer der Wirkung der Permanentmagnete keine weitere ungewollte Magnetwirkung entsteht.

Eine Spule mit den Merkmalen des Anspruchs 3 beansprucht wenig Raum, ist genügend leicht und kann die erforderlichen Kräfte feinfühlig aufbringen.

Die Angaben nach Anspruch 4 bezeichnen vorzugsweise vorzusehende Betriebsdaten, nach denen die Spule auszulegen ist.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 werden kraftverfälschende Einflüsse ausgeschaltet.

Gemäß Anspruch 6 ist der Kraftweg optimal direkt.

Durch die Ausbildung nach Anspruch 7 spart man Gewicht, reduziert Massenträgheit und vermeidet unerwünschte magnetische Wirkungen.

Gemäß der bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 8 ist die Kraftübertragung zum Prüfkörper besonders starr und direkt.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 9 kann man bei kompakter Größe der Magnetträger die magnetische Wirkung vergrößern.

Durch die Merkmale des Anspruchs 10 ist der Aufbau rationell und man erhält ein symmetrisch zur Mittenebene der beiden Magnetträger ausgebildetes Magnetfeld.

Gemäß Anspruch 11 ergibt sich eine bewährte Bauform.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 12 und 13 werden ungewollte Einflüsse auf das Magnetfeld reduziert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht mit den wesentlichsten Teilen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles 2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht in der Ebene 3-3 von Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht in der Ebene 4-4 von Fig. 1,

Fig. 5 eine Schnittansicht in der Ebene 5-5 von Fig. 1,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine als Schwenkgelenk dienende Blattfeder,

Fig. 7 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung 7 von Fig. 6 des schematisch angedeuteten Einbauzustand, der Blattfeder,

Fig. 8 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung des rechten, unteren Bereichs der Stabvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 9 eine perspektivische Gesamtansicht eines gemäß der Erfindung realisierten Handgerätes, teilweise geöffnet,

Fig. 10 eine Seitenansicht des aktiven Bereichs des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Kraftgebers mit aufgebrochenem Spulenkörper, jedoch ohne Spulenwicklung,

Fig. 11 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung 11 von Fig. 9 auf den oberen Bereich des stationären Teils des Kraftgebers, teilweise aufgebrochen.

Am Boden 11 eines in Fig. 1 dargestellten Härtemeßgerätes ist eine Trägerplatte 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 Klemmbock 22 ist auf der gemäß Fig. 1 vorderen Seite des Lager­ bocks 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 Gewinde­ schaft einer Schraube 26 durchquert, die in das Gewindesackloch 16 eingeschraubt ist. Zwischen der Unterseite der Klemmplatte 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 oder oben je nach Drehrichtung der Schraube 26. 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 27 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 ragenden Vorsprung 36 mit einer Unterseite 37, die stets senkrecht zu einer geometrischen Längsachse 38 eines später noch zu besprechenden Röhrchens 40 ausgerichtet ist. 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 ausgerichtet ist. 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 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 46 ist der Vorsprung 36 und der Boden der Nut 41 scharfkantig, so daß 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 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 Austrittsstelle 52 den gleichen Abstand zur geometrischen Längsachse 38 hat. Auch die Blattfeder 51 ist aus Beryllium/Kupfer und 0,1 mm dick. Auch die andern 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 gemäß Fig. 4 in ihrem freien Endbereich 43 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 den Austritten 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 Klebstoff 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 Kraftgeber 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 64 ist in Fig. 6 dargestellt. Sie ist 14 mm breit, 25 mm hoch, ebenfalls aus Beryllium/Kupfer hergestellt, 0,1 mm dick und hat seine Form spannungsfrei durch Ätzen erhalten. Sie ist in Ruhelage völlig eben. Ihre Mittenebene 66 liegt parallel zur geometrischen Längsachse 38 und kreuzt die 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 68 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 96 wird von einem Positionierzapfen durchquert, der fest mit dem Korpus 38 verbunden ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, laufen die Begren­ zungsränder der Blattfeder 64 - 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 ihrem 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 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 95 einer weiter nach unten reichenden Stufenbohrung. Gemäß Fig. 8 von links her und gemäß Fig. 1 von rechts her hat die Hülse 62 in ihrer Wand ein großes Loch 94, in das ein gehäusefester stationärer 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 DE 35 01 288 A1 vergleichbar ist. Im Spulenraum 99, der koaxial zur geometrischen Längsachse 38 ist, befindet sich - wie angedeutet - eine Spule 101. Der Boden 102 der Bohrung 95 liegt erheblich tiefer als die Unterseite der Spule 101. Aus ihm ragt ein Meßpol 103 nach oben, der aus Al Cu Mg Pb F 38 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 121 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 Diamanten 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 manten 128 koaxial zu messen und gestattet eine einfache, 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 DE 35 01 288 A1.

In Fig. 9 erkennt man die Anordnung der Gesamtvorrichtung. Die Spindel 132 und die Blattfeder 133 entsprechen der Spindel 104 und der Blattfeder 96 aus der DE 35 01 288 A1. Auf einer Platine 134 ist die notwendige Elektronik untergebracht.

Wenn der Meßpol 103 aus Aluminium besteht, 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 der Blattfeder 64 (Fig. 6) liegt der Schwerpunkt aller auf das Röhrchen 81 wirkender Massen einschließlich seiner eigenen Masse.

Zwei gleich lange Säulen 136, 137 sind gemäß Fig. 9 und 11 parallel zueinander mit ihrem unteren Ende starr mit dem Boden 11 verbunden. Sie sind parallel zur geometrischen Längsachse 38 und symmetrisch zur Mittenebene 66. Die Säulen 136, 137 sind in Fig. 1 nicht gezeichnet. Sie sind in ihrem oberen Bereich fest mit einem aus Messing bestehenden Querjoch 138 verbunden, das durch zwei Ohren 139, 141 von seinem Korpus 142 abgesetzt ist. Der Abstand der Säulen 136, 137 voneinander beträgt etwa 6,5 cm. Der Korpus 142 ist etwa 12 mm dick. Koaxial zur geometrischen Längsachse 38 ist in den Korpus 142 eine Stufenbohrung eingebracht. Die größere Stufe 143 beherbergt einen Spulen­ träger 144, der nach unten zu auf einem kreisringförmigen Sims 146 aufliegt. Die Stufe 147 der Stufenbohrung hat einen kleineren Durchmesser als die Stufe 143. Im Spulenträger 144, der aus Kunststoff besteht, befindet sich eine Spule 148, deren Anschlüsse 149 herausgeführt sind. Der Spulen­ träger 144 hat eine Durchbrechung 151 koaxial zur geometrischen Längsachse 38. Nach oben wird der Spulenträger 144 von einer scheiben­ förmigen Schaumstofflage 152 abgedeckt, die ein Loch entsprechend der Durchbrechung 151 hat. Die Schaumstofflage 152 wird durch eine Spannplatte 153 abgedeckt, die aus Aluminium ist und an ihren vier Ecken Durchbohrungen hat, die von Schrauben 154 durchquert werden, die in den Korpus 152 hinein­ geschraubt sind, so daß der Spulenträger 144 sanft aber sicher nach unten gedrückt wird.

Die insoweit beschriebenen Teile 136 bis 154 sind für die vorkommenden Kräfte absolut starr und gehäusefest.

Auf das Außengewinde 57 des Röhrchens 40 ist eine Innengewindemuffe 156 aufgeschraubt, die gemäß Fig. 10 mit einem kreisscheibenförmigen unteren Magnetträger 157 einstückig ist. In den Magnetträger 157 sind von seiner Unterseite 158 her vier napfförmige, kreisförmige Vertiefungen 159 eingearbeitet, deren Mittelpunkte auf einem gemeinsamen Durchmesser liegen, die bis an die Innengewindemuffe 156 heran­ reichen und auf gleichen Winkelabständen jeweils 90° versetzt liegen. In diese sind gleiche Permanentmagnete 161 eingeklebt, die einen Durchmesser von 6 mm haben und 2 mm hoch sind. Sie ragen erheblich unter die Unter­ seite 158. Nach oben geht der Magnetträger 157 koaxial zur geometrischen Längsachse 38 in einen Trägerstab 162 aus Aluminium über, der einen Durchmesser von 3,2 mm hat. Auf der Oberseite 163 sind über den Vertiefungen 159 der Form nach gleiche Vertiefungen 164 vorgesehen, ebenfalls vier an der Zahl, jedoch auf einem kleineren Durchmesser um die geometrische Längsachse 38 liegend, da dies der im Durchmesser kleinere Trägerstab 162 gestattet. Die Vertiefungen 159, 164 sind durch eine Verbindungsbohrung 166 miteinander verbunden. In den vier Vertiefungen 164 sind Permanentmagnete 167 eingeklebt. Sowohl bei den Permanentmagneten 161 als auch bei den Permanentmagneten 167 ist der Südpol unten. Der Trägerstab 162 durch­ quert die Durchbrechung 151 und hat an seinem oberen Ende ein Außen­ gewinde 168. Auf dieses ist ein koaxialer Magnetträger 169 geschraubt, der einen gleichen Außendurchmesser von 19 mm wie der Magnetträger 157 hat. Dieser Magnetträger 169 trägt in gleicher Weise untere Permanentmagnete 171 und obere Permanentmagnete 172. Die Anordnung der Permanentmagnete 171, 172 ist symmetrisch zur Spulenmittenebene 173. Der Magnetträger 169 weist die gleichen Vertiefungen und Verbindungsbohrungen wie der Magnetträger 157 auf, jedoch an der Spulenmittenebene 173 gespiegelt.

Claims (13)

1. Vorrichtung für ein Härtemeßgerät,
mit einer Stabvorrichtung, an deren einem Endbereich ein Prüfkörper gehalten ist und die um ein Schwenkzentrum schwenkbar ist,
mit einer Meßvorrichtung, die auf der Basis von Sonden zur Messung der Dicke dünner Schichten arbeitet, wobei eine erste geometrische Längsachse durch die Mitte der Sonde und die Mitte des Prüfkörpers geht,
mit einem Kraftgeber zur Bewegung der Stabvorrichtung in Richtung der ersten geometrischen Längsachse, der einen stationären ersten Teil und einen mit der Stabvorrichtung fest verbundenen zweiten Teil aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Der erste Teil umfaßt eine zylindrische elektromagnetische Spule mit einer Spulenöffnung koaxial zu einer zweiten geometrischen Längsachse;
• b) die zweite geometrische Längsachse ist parallel zur ersten geometrischen Längsachse ausgerichtet;
• c) der zweite Teil umfaßt einen im wesentlichen koaxial zur zweiten geometri­ schen Längsachse die Spulenöffnung durchquerenden Trägerstab, der in seiner Längsrichtung steif ist und in Verbindung mit der Stabvorrichtung steht;
• d) der Trägerstab trägt oberhalb der Spule einen oberen Magnetträger und un­ terhalb der Spule einen unteren Magnetträger;
• e) an den Magnetträgern sind starr Permanentmagnete mit jeweils gleicher Polausrichtung befestigt;
• f) der Hub des Trägerstabes in Richtung der zweiten geometrischen Längs­ achse beträgt einige Millimeter.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine Luftspule ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule 1000 bis 2000 Windungen aus einem Kupfer-Lack-Draht von einem Durchmesser kleiner als 1 mm aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule für Ströme im Bereich von 0,04 mA bis 500 mA ausgelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in einem massiven, biegesteifen Querjoch eingebettet ist, das in seinen beiden einander gegenüberliegenden Randbereichen starr mit einem Ende von je einer massiven Säule verbunden ist, deren anderes Ende jeweils gehäusefest angeordnet ist, wobei diese Anordnung bei den auftretenden Meßkräften absolut starr ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste geometrische Längsachse mit der zweiten geometrischen Längsachse fluchtet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstab aus Leichtmetall besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstab eine starre Fortsetzung der Stabvorrichtung bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetträger sowohl an seiner Oberseite als auch an seiner Unterseite Permanentmagnete trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetträger die gleiche Anzahl von untereinander gleichen Permanentmagneten trägt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetträger an der Oberseite vier Permanentmagnete und an der Unterseite vier Permanentmagnete trägt, wobei jeder Permanentmagnet einen Durchmesser von etwa 6 mm und eine Höhe von etwa 2 mm aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Querjoch nicht magnetisierbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen nicht magnetisierbar sind.