DE4105115A1 - Haertemessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Härtemeßgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Geräte dienen insbesondere in der Textilindustrie dazu, durch einfache und schnelle Handmessung die Wickelhärte von Schär- und Kettbäumen, Garnspulen oder Gewebewickeln zu messen. Das bei diesen Geräten angewendete Meßprinzip basiert darauf, daß der Eindringkörper in der Form einer Kugel oder einer Spitze mittels degressiver Federkraft so weit in den Wickel gepreßt wird, bis die inneren Wickelkräfte der Federkraft das Gleichgewicht halten. Die einer bestimmten Eindringtiefe entsprechende Gleichgewichtskraft wird gemessen und als Maß für die Wickelhärte angezeigt.

Es sind bereits gattungsmäßig vergleichbare Geräte bekannt, bei denen die Meßvorrichtung einen Mikroprozessor aufweist, wobei der über einen Stellungsgeber ermittelte Meßwert unmittelbar digital angezeigt werden kann. Ein Nachteil der bekannten Geräte besteht jedoch in der begrenzten Meßgenauigkeit, die es nicht zuläßt, reproduzierbare Meßergebnisse zu erzielen. So kann z. B. das Meßergebnis bereits stark verfälscht werden, wenn die Verschiebeachse des Eindringkörpers nicht genau senkrecht auf den Prüfling gerichtet ist. Auch ein zu starkes bzw. zu schwaches Anpressen des Gerätes gegen den Prüfling kann zu falschen Resultaten führen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Härtemeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem reproduzierbare Meßergebnisse von hoher Genauigkeit erreicht werden können. Insbesondere soll das Gerät so konstruiert sein, daß Bedienungsfehler durch falsche Handhabung ausgeschlossen werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Härtemeßgerät gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 aufweist.

Das der Gehäusestirnseite vorgelagerte, federnde Andruckelement erleichtert das Ausrichten des Gerätes in der Normalrichtung zum Prüfling. Auf diese Weise werden grobe Winkelfehler vermieden. Das Andruckelement bewirkt aber auch, daß die unmittelbare Umgebung der Meßstelle flachgehalten wird, so daß eine einwandfreie Referenzebene für die Messung der Eindringtiefe des Eindringkörpers zur Verfügung steht. Der Eindringkörper kann ersichtlicherweise erst dann in den Prüfling eingepreßt werden, wenn das Andruckelement zurückgeschoben wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn im unbelasteten Zustand die Distanz zwischen der Stirnseite und der dem Prüfling zugewandten Seite des Andruckelements gleich groß oder größer ist, als das Maß, mit dem der Eindringkörper in der neutralen Position über die Stirnseite hinausragt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil kann erreicht werden, wenn im Gehäuse wenigstens ein Sensor angeordnet ist, der mit der Meßvorrichtung in Wirkverbindung steht und der beim Erreichen einer bestimmten Relativlage zwischen Andruckelement und Stirnseite aktivierbar ist, wobei die Meßvorrichtung den Meßvorgang beim Erreichen dieser Relativlage abbricht oder auslöst, bzw. den ermittelten Meßwert erst dann anzeigt. Dadurch wird erreicht, daß das Meßergebnis weitgehend unabhängig von der Kraft ist, mit der die Bedienungsperson das Instrument gegen den Prüfling drückt. Erfolgt ein ungenügendes Andrücken, wird der Sensor nicht aktiviert und eine Messung ist nicht möglich. Andererseits bleibt ein Andrücken mit übermäßiger Kraft ohne Einfluß, da der Meßvorgang beim Erreichen der einer bestimmten Federkraft entsprechenden Relativlage abgebrochen wird. Alternativ könnte die Messung auch erst beim Erreichen dieser Lage vorgenommen werden. In beiden Fällen erfolgt jedenfalls die Anzeige des Meßergebnisses erst beim Erreichen der richtigem Meßposition. Dadurch wird verhindert, daß versehentlich falsche Werte abgelesen werden.

Der Sensor kann ein Endschalter sein, der durch das Andruckelement selbst aktivierbar ist. Dabei spielt lediglich der zurückgelegte Hub des Andruckelements eine Rolle. Zusätzliche Vorteile können jedoch erreicht werden, wenn der Sensor ein an der Stirnseite angeordneter Drucksensor ist, der durch Berührung mit dem Prüfling aktivierbar ist. Auf diese Weise wird nicht nur sichergestellt, daß das Andruckelement einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, sondern auch noch, daß der Prüfling an einer bestimmten Stelle tatsächlich berührt wird.

Wenn auf einer durch das Zentrum des Eindringkörpers führenden Linie auf beiden Seiten des Eindringkörpers je ein Drucksensor angeordnet ist, kann sichergestellt werden, daß das Andruckelement linienförmig am Prüfling anliegt, wobei das Gerät in einer Ebene exakt senkrecht aufliegt. Dabei müssen beide Drucksensoren ansprechen, damit eine Messung ausgelöst werden kann. Wird das Gerät schräg auf den Wickel aufgesetzt, so wird nur ein Drucksensor aktiviert und eine Messung ist nicht möglich.

Eine wesentliche Erhöhung des Bedienungskomforts kann erreicht werden, wenn auf zwei sich im Zentrum des Eindringkörpers im rechten Winkel kreuzenden Linien auf jeder Seite des Eindringkörpers je ein Drucksensor angeordnet ist. Das Instrument kann auf diese Weise in zwei verschiedenen Richtungen aufgesetzt werden, was besonders bei der Messung der Wickelhärte von Schär- und Kettbäumen und Gewebewickeln von Vorteil ist, deren Lage nicht verändert werden kann und die unter Umständen schwer zugänglich sind.

Das Andruckelement ist vorzugsweise eine Druckplatte mit einer zentralen Öffnung für das Eindringelement. Alternativ könnte das Andruckelement aber auch eine ring- oder eine hufeisenförmige Platte sein. Die Drucksensoren sind vorzugsweise unter der Druckplatte angeordnet, wobei koaxial zu jedem Drucksensor eine Öffnung in der Druckplatte angeordnet ist. Beim Zurückschieben der Druckplatte dringen die Drucksensoren durch die Öffnungen und werden vom Prüfling aktiviert.

Das richtige Aufsetzen des Gerätes wird erleichtert, wenn an der Druckplatte Randmarkierungen angeordnet sind, welche die Linie bzw. die Linien markieren, auf denen die Drucksensoren angeordnet sind. Das zu aktivierende Drucksensorenpaar kann auf diese Weise besonders einfach achsparallel auf die Mittelachse des Wickels ausgerichtet werden.

Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gerät in neutraler Stellung vor dem Anpressen an den Prüfling durch die Ebene B-B gemäß Fig. 5,

Fig. 2 das Gerät gemäß Fig. 1 in der angepreßten Meßposition,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Ebene A-A gemäß Fig. 5,

Fig. 4 eine Draufsicht in Richtung C auf das Gerät gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die dem Prüfling zugewandte Seite der Druckplatte und

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel.

Das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Härtemeßgerät 1 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 3, in dem ein Eindringkörper 4 in einer Verschiebeachse 43 linear verschiebbar gelagert ist. Der Eindringkörper ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet, weil die Kugel bei Garnwickeln nicht zwischen die Garnwindungen rutschen kann und weil Gewebewickel nicht verletzt werden können. In bestimmten Anwendungsfällen wäre es aber durchaus denkbar, daß der Eindringkörper als Pyramidenspitze oder dergleichen ausgebildet ist.

Am Gehäuse 3 ist mit Hilfe von Schrauben 21 ein Führungsstück 22 angeschraubt, in dem die Halterung und Führung des Eindringkörpers 4 erfolgt. Der Eindringkörper ist zu diesem Zweck an einen Stößel 26 geschraubt, der in den Führungsbüchsen 27 und 29 im Führungsstück 22 verschiebbar gelagert ist. Die Führungsbüchse 29 ist in einer Stellmutter 28 fixiert, welche am Gewinde 30 verstellt werden kann. Zwischen der Stellmutter 28 und einer am Stößel 26 fixierten Bundscheibe 32 ist eine Schrauben-Druckfeder 19 angeordnet, welche den Eindringkörper 4 gegen den Prüfling 2 bzw. gegen den Wickel vorspannt. Eine Anschlagscheibe 31 am Stößel 26 begrenzt dabei den maximal möglichen Hub.

Um ein Verdrehen des Stößels 26 zu verhindern, ist der hohlzylindrische Teil des Führungsstücks 22 mit einem Führungsschlitz 33 versehen. Eine in den Stößel eingeschraubte Schraube 34 trägt einen Wälzkörper 35, der im Führungsschlitz abrollt und der auf diese Weise den Stößel geradeführt.

An der Stirnseite 5 vom Gehäuse 3 ist eine Druckplatte 6 planparallel zur Stirnseite 5 verschiebbar angeordnet. Wie Fig. 4 zeigt, ist die Druckplatte etwa quadratisch ausgebildet. Sie könnte aber auch rechteckig oder rund gestaltet sein. Die Druckplatte ist mit einer topfartigen Halterung 44 verbunden, welche teleskopartig in das Gehäuse 3 einschiebbar ist. Zur Führung dienen dabei Führungsstifte 14, wie aus Fig. 3 sichtbar ist. Die Führungsstifte sind in Führungsbüchsen 18 am Gehäuse 3 geführt und an ihrem Ende mit Anschlägen 15 versehen, welche den maximalen Hub der Druckplatte 6 begrenzen. Zur Vorspannung der Druckplatte dienen Schrauben-Druckfedern 16, die in zylindrischen Vertiefungen 36 am Gehäuse 3 gelagert sind.

Führungselemente und Druckfedern sind so angeordnet, daß die Druckplatte leichtgängig und ohne verklemmen bewegt werden kann. Die Federkraft der Druckplattenbeaufschlagung ist kleiner als die Federkraft, die auf den Eindringkörper wirkt.

An der Stirnseite 5 unter der Druckplatte 6 bzw. unter der Halterung 44 sind vier Drucksensoren angeordnet, deren Lage insbesondere auch aus Fig. 5 ersichtlich ist. Je ein Sensorenpaar 7a, 7b bzw. 7c, 7d liegt auf einer Linie 12, 13, die durch die Mittelachse 43 des Eindringkörpers 4 führt. Die beiden Linien sind dabei im rechten Winkel zueinander angeordnet. Bei den Drucksensoren handelt es sich um einfache elektrische Schaltkontakte, die auf einen bestimmten Druck ansprechen. Mit Hilfe der Stellmuttern 17 können die Sensoren auf die gewünschte Relativlage justiert werden.

Am Führungsstück 22 ist mittels Schrauben 25 ein hohlzylindrischer Handgriff 20 befestigt, der einen Teil der Meßvorrichtung aufnimmt. Abgeschlossen ist der Handgriff mit einer Kappe 23, die in ein Gewinde 24 am Handgriff eingeschraubt werden kann. Über die Kappe 23 ist auch eine Batterie 39 zugänglich, die als Energiequelle für die Meßvorrichtung benötigt wird.

Die Meßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Stellungsgeber 38, mit dessen Hilfe die Relativlage des Stößels 26 und damit natürlich des Eindringskörpers 4 ermittelt wird. Der Stößel ist an seinem Ende mit einer Fahne 37 versehen, die mit dem Stellungsgeber 38 zusammenwirkt. Die Funktionsweise eines derartigen Stellungsgebers ist dem Fachmann bekannt und wird hier daher nicht näher beschrieben. Der Stellungsgeber 38 leitet seine Signale an einen Mikroprozessor 40 weiter, in dem unter bestimmten Voraussetzungen die Verarbeitung und Weiterleitung der Meßsignale erfolgt. Der Mikroprozessor aktiviert seinerseits eine Digitalanzeige 41, die hinter einer Anzeigeöffnung 42 am Gehäuse 3 sichtbar ist.

Da die Kennlinie der Druckfeder 19 bekannt ist, kann jedem durch den Stellungsgeber 38 ermittelten Federweg die dazugehörige Kraft in Newton zugeordnet werden. Diese Kraft ist das Maß für die Härte des Wickels 2. Der Stromkreis für die Meßvorrichtung kann über einen hier nicht näher dargestellten Schalter am Gehäuse 3 oder am Handgriff 20 geschlossen werden, so daß eine Messung nur nach einer Betätigung des Schalters möglich ist.

Die beiden Drucksensorenpaare 7a, 7b und 7c, 7d stehen derart mit dem Mikroprozessor in Wirkverbindung, daß jeweils beide Drucksensoren ansprechen müssen, bevor die Digitalanzeige 41 ein Meßresultat anzeigt.

Bei einer Härtemessung spielt sich, dargestellt anhand der Fig. 1 bis 4 folgender Vorgang ab:

Zunächst wird der Stromkreis durch Betätigen des Außenschalters geschlossen, so daß die Meßvorrichtung für den Meßvorgang bereit ist. Das Härtemeßgerät befindet sich dabei in der in Fig. 1 dargestellten neutralen Stellung, in der die Druckplatte 6 um das Maß a über die Stirnseite 5 hinaus vorgespannt ist. In Fig. 3 ist die Wegbegrenzung durch die Anschläge 15 sichtbar. Um das gleiche Maß ragt auch der Eindringkörper 4 über die Stirnseite hinaus. Das Meßgerät wird jetzt in Pfeilrichtung x gegen den Wickel 2 gepreßt, und zwar so, daß die Mittelachse 43 auf die Achse des Wickels gerichtet ist. Die durch die beiden Drucksensoren 7a und 7b führende Gerade 13 verläuft dabei achsparallel zur Wickelachse. Die Markierungen 11 an der Druckplatte 6 erleichtern dabei die Positionierung. Das Gerät könnte aber auch um 90° gedreht werden, so daß die Linie 12 achsparallel zum Wickel verläuft. Die Lage wird jeweils so gewählt, daß die Anzeigeöffnung 42 bequem sichtbar bleibt.

Beim Anpressen der Druckplatte 6 gegen die Wickeloberfläche erfolgt zunächst eine Abflachung des Wickels, so daß eine Referenzebene 45 gebildet wird (Fig. 4). Beim Zurückschieben der Druckplatte 6 gegen die Stirnseite 5 schiebt sich gleichzeitig der Eindringkörper durch die Öffnung 9 in der Druckplatte. Dabei wird der Eindringkörper 4 aber seinerseits durch den Wickel 2 in Pfeilrichtung y zurückgeschoben.

Sobald die Druckplatte 6 genügend weit zurückgeschoben ist, dringen die beiden Sensoren 7a, 7b durch die Öffnungen 10 und werden bei richtiger Haltung des Meßgeräts gleichzeitig aktiviert. Die Führungsstifte ragen in dieser Position in das Innere des Gehäuses 3, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. In dieser Relativlage wird der am Stellungsgeber 38 gemessene Weg ermittelt und im Prozessor 40 umgerechnet. Der Eindringkörper 4 ist dabei um das Maß b in den Wickel 2 eingepreßt worden, wobei der Federweg c zurückgelegt wurde. Jede weitere Bewegung des Stößels 26 nach dem Ansprechen der beiden Drucksensoren 7a und 7b bleibt ohne Bedeutung für den Meßvorgang. Der in der Meßposition ermittelte Wert kann jetzt an der Digitalanzeige 41 abgelesen werden.

In Fig. 6 ist eine einfachere Variante eines Härtemeßgeräts ohne Drucksensoren dargestellt. Die einen Meßvorgang auslösende Relativlage zwischen Druckplatte 6 und Stirnseite 5 wird über einen Endschalter 8 ermittelt, der über einen der Führungsstife 14 aktiviert werden kann. Eine linienförmige Auflage der Führungsplatte 6 kann dabei jedoch nicht festgestellt werden. Diese etwas einfachere Variante könnte z. B. überall dort eingesetzt werden, wo das Härtemeßgerät nicht manuell, sondern maschinell geführt wird, so daß eine Schräglage relativ zum Prüfling auf andere Weise ausgeschlossen werden kann. Der Endschalter erfüllt dabei aber trotzdem die wichtige Funktion, daß erst dann gemessen wird, wenn die Druckplatte 6 mit einer bestimmten Kraft gegen den Prüfling gepreßt wird.

Claims (13)

1. Härtemeßgerät (1), insbesondere für die Bestimmung der Wickelhärte von Garn- oder Gewebewickeln (2), mit einem Gehäuse (3), in dem ein Eindringkörper (4) derart linear verschiebbar unter Federvorspannung gelagert ist, daß er in einer neutralen Position an einer Stirnseite (5) aus dem Gehäuse (3) herausragt, und mit einer Meßvorrichtung (38, 40) zum Ermitteln der Eindringtiefe, bzw. der dazu analogen Federkraft des Eindringkörpers in einer Meßposition beim Anpressen des Eindringkörpers (4) gegen einen Prüfling, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) ein planparallel zur Stirnseite (5) und parallel zur Verschiebeachse (43) des Eindringkörpers (4) verschiebbares Andruckelement (6) angeordnet ist, das den Eindringkörper (4) wenigstens teilweise umgibt und das unter Federvorspannung von der Stirnseite (5) weggespannt ist, wobei die Meßposition des Eindringkörpers (4) erst nach dem wenigstens teilweisen verschieben des Andruckelements (6) gegen die Stirnseite (5) erreichbar ist.

2. Härtemeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unbelasteten Zustand die Distanz (a) zwischen der Stirnseite (5) und der dem Prüfling zugewandten Seite des Andruckelements (6) gleich groß oder größer ist als das Maß mit dem der Eindringkörper (4) in der neutralen Position über die Stirnseite (5) hinausragt.

3. Härtemeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (3) wenigstens ein Sensor (7, 8) angeordnet ist, der mit der Meßvorrichtung (38, 40) in Wirkverbindung steht und der beim Erreichen einer bestimmten Relativlage zwischen Andruckelement (6) und Stirnseite (5) aktivierbar ist, wobei die Meßvorrichtung die Messung beim Erreichen dieser Relativlage abbricht oder auslöst, bzw. den ermittelten Meßwert erst dann anzeigt.

4. Härtemeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Endschalter (8) ist, der durch das Andruckelement (6) aktivierbar ist.

5. Härtemeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor wenigstens ein an der Stirnseite (5) angeordneter Drucksensor (7) ist, der durch Berührung mit dem Prüfling aktivierbar ist.

6. Härtemeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer durch das Zentrum des Eindringkörpers führenden Linie (13) auf beiden Seiten des Eindringkörpers (4) je ein Drucksensor (7a, 7b) angeordnet ist.

7. Härtemeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei sich im Zentrum des Eindringkörpers (4) im rechten Winkel kreuzenden Linien (12, 13) auf jeder Seite des Eindringkörpers je ein Drucksensor (7a, 7b, 7c, 7d) angeordnet ist.

8. Härtemeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckelement eine Druckplatte (6) mit einer zentralen Öffnung (9) für das Eindringelement (4) ist.

9. Härtemeßgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckelement eine Druckplatte (6) mit einer zentralen Öffnung (9) für das Eindringelement ist, daß die Drucksensoren auf einem Umfangsbereich um das Eindringelement angeordnet sind, der kleiner ist als die Breite der Druckplatte und daß koaxial zu jedem Drucksensor eine Öffnung (10) in der Druckplatte angeordnet ist, wobei die Drucksensoren so an der Stirnseite (5) angeordnet sind, daß sie bei entsprechender Relativlage der Druckplatte durch die Öffnungen aktivierbar sind.

10. Härtemeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Druckplatte (6) Randmarkierungen (11) angeordnet sind, welche die Linie bzw. die Linien (12, 13) markieren, auf denen die Drucksensoren angeordnet sind.

11. Härtemeßgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte an wenigstens zwei Führungsstiften (14) im Gehäuse (3) geführt ist und das die Führungsstifte Anschläge (15) zur Begrenzung des maximalen Druckplattenhubes aufweisen.

12. Härtemeßgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (6) mittels wenigstens zwei Schraubendruckfedern (16) vorgespannt ist, die in zylindrischen Vertiefungen (36) an der Stirnseite (5) gelagert sind.

13. Härtemeßgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (6) rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist.