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Elektrische Meßlehre Zur genauen und schnellen Feststellung, ob die
Abmessungen von Fabrikationsteilen ein festliegendes Maß um eine zulässige Toleranz
über- oder unterschreiten, werden sogenannte Meßlehren verwendet. Die vorliegende
Erfindung bezweckt, eine elektrische Meßlehre zu schaffen, welche äußerst genau
arbeitet und schnell gehandhabt werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß durch einen beweglichen Teil (Taster)
der Lehre bei Abweichungen von dem einzuhaltenden Maß der Anker eines mit einer
wechselstromgespeisten Wicklung versehenen permanenten Magneten aus der Mittellage
im Luftspalt des Magneten bewegt wird, wodurch die Wellenform der Wechselspannungskurve
des die Magnetwicklung erregenden Wechselstromes geändert wird und daß eine auf
diese Änderungen ansprechende Anzeigevorrichtung vorgesehen. ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Ansicht der Meßlehre teilweise im Schnitt, Abb.
a die wesentlichsten Teile der Lehre in Verbindung mit dem elektrischen Schaltschema
und Abb. 3 ein die Wirkungsweise der Lehre veranschaulichendes Diagramm. Von der
Grundplatte 1a erstreckt sich nach oben der Halter io, in dessen Führungsbuchse
15 die Hülse 16 steckt, die an ihrem oberen Ende den Meßkopf i i trägt. Die Grundplatte
12 ist mit einem Bund 13 versehen, auf den der zu messende Teil gelegt wird.
Mittels der Feststellschraube 17 kann die in der Führungsbuchse 15 verschiebbare
Hülse 16 in einer beliebigen Stellung festgehalten werden. Die Hülse 16 ist an ihrem
unteren Ende mit einem Außengewinde versehen, auf das das Innengewinde einer Hülse
18 aufgeschraubt ist, deren unterer Teil zur Führung der Taststange ig dient. Der
obere Teil des Tasters ig ist hohl, und er enthält eine sich nach oben in die Hülse
16 erstreckende Stange 2o. Eine mit dem Teil 18 verschraubte Scheibe 2i dient
zur Führung der Stange 2o, während ein mit dem Schlitz 23 in der Stange 2o
in Eingriff stehender Anschlag 22 die Bewegung des Tasters i g begrenzt.
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Der Taster i9 wird gewöhnlich durch eine die Stange 2o umgebende und
zwischen der Scheibe 21 und dem Taster gelagerte Schraubenfeder aq. in seine unterste
Stellung gedrückt, wobei der Anschlag 2a gegen das obere Ende des Schlitzes a3 liegt.
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Um den zu messendenTeil unter denTaster bringen zu können, ist ein
am Teil 18 gelagerter
und gegen eine Schulter 26 am Taster stoßender
Handhebel 25 vorgesehen, durch den der Taster entgegen dem Druck der Feder 24 angehoben
werden kann.
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Im oberen Teil des Meßkopfes i i ist ein kleiner permanenter Magnet
untergebracht, der aus zwei L-förmigen Teilen 27 und 28 besteht, die mittels der
Schrauben 29 und 3o an dem Gehäuse des Meßkopfes befestigt sind. Zweckmäßig besteht
der Magnet aus einem Werkstoff von geringer Dichte, jedoch hoher Koerzitivkraft
und Remanenz, beispielsweise aus Kobaltstahl. Die beiden L-förmigen magnetischen
Teile 27 und 28 sind so angeordnet, daß sie einen einzigen U-förmigen Hufeisenmagneten
mit einem Luftspalt zwischen den senkrechten Schenkeln bilden.
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Ein Anker in Form einer magnetischen Fahne 31 ist in dem Luftspalt
mitten zwischen den Polen der vertikalen Schenkel des Magneten angeordnet und in
dem Joch zwischen den gegeneinander"stoßenden Enden. der Teile 27 und 28 so gelagert,
daß er sich in beiden Richtungen von seiner Mittelstellung bewegen kann. Die Fahne
31 ist zweckmäßig aus einem Material von hoher P.ermeabilität und kleiner Koerzitivkraft
hergestellt, beispielsweise aus einer unter dem Namen PermalJ.oy bekannten Nickel-Eisen-Leg@erung,
die annähernd 7812°/o Nickel und annähernd 211/,0/p Eisen enthält. Zur Veränderung
des Luftspaltes dienen zwei einstellbare Schrauben 32 und 33 aus magnetischem Matenia.I.
ZurÜbertragung der vertikalen Bewegung des Tasters 1g in eine Horizontalbewegung
des Ankers 31 ist ein L-förmiger Hebel 34 vorgesehen, dessen horizontaler Arm mit
einem sich nach unten erstreckenden Fortsatz 34a versehen ist, der mit dem oberen
Ende der Stange 2o in Berührung steht. Der Hebel 34 ist an dem unteren Ende der
Führungshülse 16 mittels der Blattfeder 35 beweglich gelagert. Das freie Ende des
vertikalen Arms des Hebels 34 ist an dem unteren Ende des Ankers 31 mittels der
Federklammer 36 und der Stellschraube 37 befestigt. Die Stellschraube 37 dient zur
Voreinstellung der Lehre, und diese Voreinstellung wird zweckmäßig so ausgeführt,
daß der Anker 31 die dargestellte Mittelstellung einnimmt, wenn der Anschlag 22
in der Mitte zwischen den Enden des Schlitzes 23 steht.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist; besitzen die vertikalen. Schenkel
des Magneten Vertiefungen zur Aufnahme einer Spulte 39, auf der eine Wicklung 4o
sitzt. Die \\Ticklung wird von einer symmetrischen Wechselspannung aus einer geeigneten
Stromquelle, beispielsweise dem Wechselstromgenerator 41, über die Leitungen 42
und 43 und den Transformator 44 gespeist. Der Anker 31 wird durch den von dem Wechselstrom
in der Wicklung 4o hervorgerufenen Flux in entgegengesetzten Richtungen bis auf
einen vorbestimmten Wert, der zweckmäßig oberhalb des Sättigungspunktes des Materials
liegt, magnetisiert.
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In Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 44 und der Wicklung
4o liegt ein nichtlinearer Widerstand 45, d. h. ein Widerstand, bei dem der durchfließende
Strom nicht direkt proportional der aufgedrückten Spannung ist. Dieser Widerstand
kann aus einem geeigneten Material mit einer nichtlinearen Charakteristik hergestellt
sein; zweckmäßig ist er aus Siliciumcarbidkristallen zusammengesetzt, die durch
ein geeignetes Bindemittel zusammengehalten werden.
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Als Anzeigevorrichtung ist ein Gleichstrommikroamperemeter 46 mit
mittlerem Nullpunkt vorgesehen, das zwischen dem nichtlinearen Widerstand 45 und
der Sekundärwicklung des Transformators 44 geschaltet ist. An der zu dem MeBinstrument
46 führenden Meßleitung ist eine Drosselspule 47 von hoher Impedanz geschaltet.
Um den Wechselstrom oder Wechselstromkomponenten von dem Meßinstrument 46 fernzuhalten,
ist im Nebenschluß zu dem Meßinstrument 46 ein Kondensator 48 angeordnet. .
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Die Wirkungsweise der Meßlehre ist wie folgt: Wie bereits erwähnt,
wird die Lehre so eingestellt, daß der Anker 31 die dargestellte -Mittelstellung
einnimmt, wenn der Anschlag 22 in der Mitte zwischen den Enden des Schlitzes 23
steht. Wenn der Anker 31 diese Mittelstellung zwischen den Polen des permanenten.
Magneten einnimmt, Meßt der von diesem erzeugte Flux nicht in der Längsrichtung
durch den Anker, und infolgedessen wird der Anker nur durch den von dem Wechselstrom
in der Wicklung 4o erzeugten Flux magnetisiert. Die Wellenform der Spannung, welche
dem den nichtlinearen Widerstand und die Wicklung 4o enthaltenden Stromkreis aufgedrückt
wird, ist in bezug auf die Nullinie vollkommen symmetrisch, wie es in Abb. 3 durch
die sinusförmige Kurve 49 dargestellt ist. In gleicher Weise ist die Wellenform
des in dem Stromkreis fließenden Wechselstromes vollkommen symmetrisch, und infolgedessen
zeigt das Gleichstrominstrument 46 Null an. Es sei nun angenommen, da.ß Fabrikationsteüe,
bei denen ein genaues Maß von 50 mm einzuhalten ist, gemessen werden sollen.
Zu diesem Zweck wird zunächst ein Vorbild des Fabrikationsteiles, welches das genaue
Maß von 5o mm besitzt, auf den Bund 13 gelegt, die Stellschraube 17 gelöst und der
Meßkopf i i so weit heruntergelassen, bis der Taster 19 auf
dem
Meßblock ruht. Wenn dann das Meßinstrument nicht genau Null anzeigt, wird, während
der Taster zg in Berührung mit dem auf dem Bund 13 liegenden Meßblock bleibt,
der Meßkopf in vertikaler Richtung verstellt, bis das Meßinstrument Null anzeigt.
Darauf wird die Feststellschraube 17 angezogen und der Meßblock von dem Bund 13
entfernt. Damit ist die Einstellung der Lehre beendet.
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Um den zu messenden Gegenstand auf den Bund 13 zu bringen, hebt der
Bedienende mittels des Handhebels 25 den Taster zg an. Wenn der zu messende
Gegenstand auf den Bund 13 gebracht ist, läßt der Bedienende den Hebel 25
los, und die Feder 24 drückt dann die Spindel gegen den zu messenden Teil.
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Wenn die Stärke des zu messenden Teiles genau 5o mm beträgt, nimmt
der Änker 3zgenau die Mittellage zwischen den Polen des Magnetes an, und das Meßinstrument
46 zeigt dann genau Null an. Wenn jedoch die Stärke des zu messenden Teiles um einen
kleinen Wert nach unten von 5o mm abweicht, beispielsweise um 1/ ... mm,
wird der Anker 31 durch den Hebel 34 nach rechts aus seiner Mittelstellung herausbewegt,
so daß er näher zu dem rechten Pol des Magneten steht als zu dem linken Pol. Infolgedessen
durchfließt ein Teil des magnetischen Fluxes des permanenten Magneten den Anker
in der Längsrichtung, und da dieser gleichmäßige Flux dem durch die Wicklung 40
hervorgerufenen wechselnden Flux überlagert wird, wird die Sättigung bei einer Halbwelle
der Spannung eher erreicht als bei der darauffolgenden Halbwelle und daher ist die
Wellenform der Wechselspannung nicht mehr symmetrisch in bezug auf die Nullinie,
sondern sie wird unsymmetrisch, wie es durch die Kurve 5o in Abb. 3 dargestellt
ist. Es ist aus dieser Abbildung ersichtlich, daß die rechte oder positive Halbwelle
dieser Spannungskurve eine steile Spitze besitzt, während der linke oder negative
Teil stark abgeflacht ist. Die Fläche beider Halbwellen ist jedoch gleich groß,-
und wenn der nichtlineare Widerstand 45 nicht vorgesehen wäre, würde das Anzeigeinstrument
.weiterhin Null anzeigen. Das Verhältnis zwischen dem den nichtlinearen Widerstand
45 durchfließenden Strom zu der dem Widerstand aufgedrückten Spannung ist durch
die Kurve 5 i dargestellt, und es ist ersichtlich, daß der Strom durch den Widerstand
annähernd mit dem Kubus der Span- j nung anwächst.
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Wenn man den maximalen positiven Wert der Spannungskurve 5o auf die
Stromkurve 5z projiziert, wird ersichtlich, daß während der positiven Halbwelle
der Spannung ein Strom erzeugt wird, dessen positiver Höchstwert durch die horizontale
Linie 52 dargestellt wird, und aus der Projektion des maximalen negativen Wertes
der Spannungswelle 5o auf die Kurve 51 ist ersichtlich, daß während der negativen
Halbwelle in dem Stromkreis ein negativer Strom erzeugt wird, dessen maximaler Wert
durch die horizontale Linie 5¢ dargestellt ist. Die ganze resultierende Stromkurve
stellt zwar noch eine Wechselstromkurve dar. Wenn jedoch der durch die Linie 52
dargestellte mittlere negative Wert von dem durch die Linie 55 dargestellten mittleren
positiven Wert subtrahiert wird, ist ersichtlich, däß dieser resultierende Strom
eine positive Gleichstromkomponente besitzt, deren Wert durch die horizontale Linie
56 dargestellt-wird. Da über den Kondensator 4.8 kein Gleichstrom fließen kann,
fließt diese Gleichstromkomponente über das Anzeigeinstrument 46, und der Zeiger
wird nach rechts von seiner Nullstellung auf eine bestimmte Stellung der Skala bewegt,
die auf geeignete Meßeinheiten geeicht ist, beispielsweise auf 3-/1000 mm, um die
Abweichung des zu messenden Gegenstandes von dem einzuhaltenden Maß von 5o mm anzuzeigen.
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Die Bewegung des Ankers aus seiner Mittelstellung ist selbstverständlich
proportional der Größe der Bewegung des Tasters zg.und dementsprechend ist die Größe
der Gleichstromkomponente, welche das Gleichstrommikroamperemeter 46. beeinflußt,
proportional der Größe der Bewegungen des Ankers 31.
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Entsprechend dieselben Verhältnisse liegen vor, wenn die Abmessung
des zu messenden Gegenstandes das einzuhaltende Maß von 5o mm etwas überschreitet.
Dann wird der Anker 31 aus seiner Mittelstellung nach links bewegt, und die Spannungskurve
wird wiederum unsymmetrisch, diesmal jedoch im entgegengesetzten Sinne, wie es durch
die gestrichelte Spannungskurve 57 dargestellt ist, d. h. die linke oder negative
Halbwelle der Spannungswelle besitzt eine Spitze, während die rechte oder positive
Halbwelle abgeflacht ist, wobei aber beide Halbwellen die gleiche Fläche umschließen.
Wie aus der Projektion der maximalen Werte der Spannungskurve 57 auf die Stromkurve
51 ersichtlich ist, besitzt der Strom während der negativen Halbwelle den -durch
die ;gestrichelte horizontale Linie dargestellten maximalen Wert und während der
positiven Halbwelle den durch die gestrichehe horizontalte Linie 59 dargestellten
Wert, so daß in dem Stromkreis ein Strom fließt, der eine negative Gleichstromkomponente
besitzt, die gleich der Differenz des Mittelwertes dieses Stromes ist, wie in der
Zeichnung durch die gestrichelte horizontale Linie 6o dargestellt ist. Da diese
Gleichstromkomponente die umgekehrte Richtung
besitzt wie die bei
der Abweichung des Ankers 31 von der Mittelstellung nach recAts, wird der Zeiger
des Amperemeters ¢6 nach links von seiner Nullstellung aus um einen Wert verstellt,
der proportional dem Betrag ist, um den die Abmessung des zu messenden Gegenstandes
das Maß- von 50 mm überschreitet.
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Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Handhabung der Lehre
schnell durchgeführt werden kann, da der Bedienende nur den Hebe125 nach oben zu
drücken, den zu messenden Teil auf den Bund 13 zu legen und dann den Hebel 25 loszulassen
und die Zeigerstellung am Meßgerät abzulesen hat. Wenn der Ausschlag der Anzeigevorrichtung-
46 aus der Nullstellung noch innerhalb des Skalenbereiches bleibt, so ist dies ein
Zeichen dafür, daß die Abmessung des zu messenden Gegenstandes noch innerhalb der
Toleranz liegt, um welche das einzuhaltende Maß unter- oder überschritten werden
darf, während, wenn der Zeiger so weit abgelenkt wird, daß er die Skala vollständig
verläßt, dies ein Zeichen dafür ist, daß die Abmessung des Gegenstandes nicht innerhalb
der zulässigen Toleranz liegt. '