DE7243915U

DE7243915U - Messtaster

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Publication number: DE7243915U
Application number: DE7243915U
Authority: DE
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Priority date: 1972-02-02
Publication date: 1973-07-12

Description

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7032 Sindelfingen - Auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 - Telefon 07031/86501

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Ludwig Streng, 7036 Schönaich, Falkenstraße 9

MESSTASTER

Die Erfindung betrifft einen Meßtaster zur Messung der Dicke dünner, nichtferromagnetischer Schichten auf einer ferromagnetischen Unterlage, mit einem Magnet- .... kern, mit einer Empfängerspule auf dem Magnetkern sowie mit einer auswechselbaren Tasterspitze, die einen der Auflage auf der Schicht dienenden Kugelkörper und einen mit dem Kugelkörper verbundenen Schaft aufweist, Her auswechselbar in einer Bohrung sitzt, die in eine Stirnfläche des Magnetkerns eingebracht ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Meßtasters.

Solche Meßtaster werden von Hand auf das zu messende Gut aufgesetzt . Es haben sich deshalb Kugelkörper als äusseres Ende Jer Tas*er£pitze eingebürgert. Bei einer

Kugel ist es nämlich gleichgültig, ob man die Tasterspitze mir einem Winkel von 90 oder einem Winkel von 40 oder dergleichen aufsetzt. Man mißt trotzdem die Dicke der nichtferromagnetischan Schicht exakt. Die Kugeln sind stets Kugellager-Kugeln, weil diese hochpräzise sind, in ihrer Aussenhaut gehärtet sind und wegen der Massenproduktion trotz ihrer hochwertigen Eigenschaft sehr billig sind. Nutzt sich jedoch eine Kugel im Laufe der ZeJIf ab, so zeigt das Meßgerät eine Schichtdicke für die

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nichtferromagnetische Schicht an, die exakt dem Betrag der Abnutzung entspricht. Da Geräte dieser Art Ablesungen sogar noch unter einem Mikrometer gestatten, spielen schon kleine Abnützungen eine Rolle.

Abgesehen vom zufälligen Meßfehler haben abgenützte Kugeln noch den Nachteil, daß es nun nicht mehr gleichgültig ist, unter welchem Winkel man die Tasterspitze aufsetzt, denn nun haben die einzelnen Aussenflächen-Elemente der Kugel nicht mehr den gleichen sondern unterschiedliche Abstände zum Mittelpunkt der ehemal igen Kugel. Zum zufälligen Fehler tritt nun auch noch ein lageabhängiger, systematischer Fehler hinzu.

Die Meßtaster weisen stets eine Erregerspule und eine Empfängerspule auf. Der ferromagnetische Kern, auf den sie gewickelt sind, kann entweder ein I-Kern sein oder kann er auch ein U - Kern sein. Bei den I-Kernen ist nur eine einzige Tasterspitze vorgesehen. Bei Ihnen verlaufen die Kraftlinien des Magnetfeldes auf praktisch der halben Strecke in der Luft. Dies ist in bezug auf den Meßeffekt nachteilig. Bei den U-Kemen sind an beiden Stirnflächen des Magnetkerns Tasterspitzen vorgesehen, <iodaß hier der Fluß der Kraftlinien einen geschlossenen Magnetkern darstellt, der lediglich Hurch die nichtferromagnetische Schicht unterbrochen ist.

Es ist bekannt geworden, bei Meßtastern mit I-Kernen die Tasterspit»«» auswechselbar zu machen. Die Tasterspitze umfasst hier ein etwa 3 cm langes Drahtstück, das in eine Bohrung des I-Kerns in Richtung dessen Längsachse eir>schiebbar ist. Durch Reibung und Feder wird der Draht in der Bohrung gehalten. Damit der magnetische Widerstand zwi sehen dem Draht und der Wand der Bohrung klein ist, muß der Draht genügend lang sein, wodurch eine nicht unterschreitbare Baulänge des Meßtasters definiert ist. Es

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müssen bestimmt? Passungsverhältnisse beachtet werden, denn ist die Passung zu lose, sind Undefinierte magnetische Ubergangswiderstände vorhanden. Ist dagegen die Passung zu eng, so bereitet es Schwierigkeit, den Draht in die Bohrung zu schieben. Trotz der Länge des Drahts ist der magnetische Übergangswiderstand schwankend. Da sich eine Vollkugel αυΓ der Stirnfläche eines Drahtes von der Praxis aus gesehen nicht befesti gen lässt, ist auf das freie Ende des Drahts ein nicht ferromagnetischer Kegelstumpfkörper hart aufgelötet, der in seiner Längsachse eine Durchgangsbohrung aufweist, in die der Draht von der Kegelbasis aus reicht. Die Wand im Bereich der Spitze dieses Körpeis dient als Fassung für eine Kugel, deren Rand etwas eingequetscht ist, sodaß die Kugel gehalten wird. Der äussere Rand des Kegelstumpfkörpers reicht erheblich über den Umfang der Kugel, weil Ja sonst eine Fassung überhaupt nicht möglich ist. Dadurch wird mehr als die Hälfte der Kugelfläche abgedeckt. Da die Kugel lediglich mechanisch gegen das freie Stirnende des Drahtes gedrückt wird, entsteht ein nicht exakt definierbarer Kontakt, dessen Kontaktfläche auf jeden Fall klein ist, wodurch sich der magnetische Widerstand erhöht. Fassungen können wackeln, was auch von Edelsteinen her bekannt ist. Durch die Durchgangsbohrung durch den Magnetkern wird auch dessen magnetischer Widerstand erhöht, denn das Volumen der Bohrung ist ein beachtlicher Teil des Magnetkernvolumens.

Wurde men bei einem Meßtaster mit U-Magnetkern in beide zueinander parallele Schenkel den Draht einer auswechselbaren Tasterspitze einsetzen, dann mUsste man allein wegen der Längenabmessung des Drahts den Meßtaster überaus groß machen. Es ist jedoch oin Bestreben,, den Meßtaster möglichst klein zu machen, um auch an unzugänglichen Stellen messen und dUnne Schichten messen zu können.

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Aufgabe der Et findung ist es, eine auswechselbare Tasteripirze anzugeben, die die Abmessungen des Meßtasters nicht vergrößert, die stets zu einem definierten magne-

und
tischen Widerstand auf keinen Fall zu einem magnetischen Wackelkontakt führt, die in der Herstellung sehr billig ist und am Meßtaster keinerlei Sonderkonstruktionen erfordert.

Erfindungsgemöß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bohrung eine Sackloch-Gewindebohrung 22, 23 ist, die wesentlich kürzer als der Magnetkern 13 ist und daß die Tasterspitze 41 einen in die Sackloch-Gewindebohrung 22, 23 passenden Gewindeschaft 27 aufweist, daß der Gewindeschaft 27 an seiner einen, herausstehenden Seite eine Platte 28 umfasst, und daß auf der Platte 28 eine Kugellager-Kugel stoffschlüssig befestigt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale dieser Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 die Seitenansicht eines Meßtasters mit nicht ganz eingeschraubten Tasterspitzen,

Fig. 2 die Draufsicht cuf die Stirnflächen eines bewickelten U-Magnetkerns, ohne Tasterspitzen,

Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung einer fertigei Tasterspitze kurz vor dem Einschrauben,

Fig. 4 die zweiteilige Tasterspitze vor ihrer Fertigstellung.

Zu einem Mefitaster 11 führt ein Zuleitungskabe! 12. Der Meßtaster ist in Fig. 1 in natürlicher Größe dargestellt. In ihn ist ein U-Magnetkern 13 eingegossen, der zwei zueinander parallele Schenkel 14, 16 aufweist, deren Stirnflächen 17, 18 von

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rnissen sichtbar sind, und nicht Übergössen sind. Der Schenkel 14 trägt eine Erregerspule 19, während der Schenkel 16 eine Erregerspule 21 trägt, deren Enden Über das Zuleitungskabe! 12 herausgeführt sind. In jeden Schenkel 14, Io ist von der Stirnfläche 17, 18 her eine Sackloch-Gewindebohrung 22, 23 eingebracht, die lediglich erwa 4 mm lang ist. Die Stirnfläche 17, 18 ist eben.

Aus einer Kugellager-Kugel von erwa 2 mm Durchmesser ist die Hälfte abgeschliffen, sodtß eine Halbkugel 24 übrig bleibt, deren Schliff-Fläche 26 definiert eben ist. Solche Kugellager-Kugeln stellen ferromagnetische Körper dar, die sehr widerstandsfähig gegen Abnutzung sind und eine sehr genaue Kugelgeometrie haben. Ihre Au ssenfläche ist härter als der zähere Kern.

Ein Gewindeschaft 27 von wenigen Millimetern Länge trägt eine kreisscheibenfö'rmige Platte 28. Auf der Oberseite 29 der Platte 28 ist ein Kegelchen 31 angeformt. Um die beiden Teile miteinander zu verbinden, werden gemäß der Elektroschweißtechnik der Gewindeschaft 27 mit einem negativen Potential und die Halbkugel 24 mit einem positiven Potential genügender Größe verbunden. DrUckt man nun die Halbkugel 24 auf die :

Oberseite 29, so verschmilzt das Kegelchen 31 mit der Halbkugel 24. Die Kalbkugel 24 i

drUckt man solange gegen die Platte 28, bis praktisch kein Spalt mehr zwischen der <

Schliff-Fläche 26 und der Oberseite 29 vorhanden ist. Bei diesem Vorgang erwärmt sich nur der Kern der Halbkugel 24 erheblich und die Wärme-Erzeugung wird auf einen sehr kleinen Bereich lokalisiert. Trotzdem ist die Verbindung zwischen der Halbkugel und der Platte 28 hervorragend und zwar sowohl in magnetischer als auch in mechanischer Hinsicht. In der Aussenhauf der Halbkugel 24 tritt keinerlei schädliche Umkristalli-

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Man könnte die Halbkugel 24 auch hart auflöten. Dazu würde man jedoch Lot benötigen, der Vorgang wäre komplizierter und man hätte Schwierigkeiten, den Lotfluß auf bestimmte Stellen zu beschränken, und die Härte der Oberfläche der Kugel würde durch den Lötvorgang nachteilig verändert.
Es ist nun ein Körper entstanden, den man mit einer Zange trotz seiner Kleinheit ■ sehr gut ergreifen kann und zwar deshalb, weil die Platte 28 mit ihrem Rand 32 ein breites Band darstellt. Die Zange hat zwei Backen 33, 34 ähnlich einem Seitenschneider, einer Kombizange oder dergleichen. In j«de Backe 33, 34 ist eine Ausnehmungshälfte 36, 37 eingearbeitet, die fUr die Halbkugel 24 genügend Platz läßt. Jedoch reicht der Aussenrand 38, 3? bis in den Bereich des Rands 32 der Platte 28 und kann damit die Tasrerspifze 41 ergreifen, ohne die Halbkugel 24 in irgend einer Weise zu drücken und dadurch evtl. zu sprengen oder mit Haarrissen zu versehen. Die Tasterspitze 41 kann man in die Sackloch-Gewindebohrung 22 einschrauben, bis die Unterseite 42 auf der Stirnfläche 17 fest aufliegt. Es kann deshalb hier die Kraftlinien ohne Schwächung übertreten. Ausserdem liegen im angezogenen Zustand die Flanken der Gewinde mit erheblichem Druck aufeinander, sodaß auch hier zwei große Flächen luftspaltlos aneinander liegen und dieKraftlinien ohne Schwächung durchtreten lassen,

Es muß nicht unbedingt eine Halbkugel 24 verwendet werden. Im Bereich des Durchmessers ändern sich die Flächenwerte der Schliff-Fläche 26 ohnehin nur gering. Das Kegelchen 31 muß so klein sein, daß nur ein kleines Volumen der Halbkugel 24 auf Schmelzwärme kommt und der andere Teil wegen seiner vergleichsweise großen Flächen genügend kühl bleibt.

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Claims

225* - 7 - SchutzansprUches

1. Meßtuster zur Messung der Dicke dünner, nichtferromag.netischer Schichten auf einer ferromagnerischen Unterlage, mit einem Magnetkern, mit einer Erregerspule auf dem Magnetkern,, mit einer Empfängerspule auf dem Magnetkern sowie mit einer auswechselbaren Tasterspirze, die einen der Auflage auf der Schicht dienenden Kugelkörper und einen mit dem Kugelkörper verbundenen Schaft aufweist, der auswechselbar in einer Bohrung sitzt, die in eine Stirnfläche des Magnetkerns eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung eine Sackloch-Gewindebohrung (22, 23) ist, die wesentlich kurzer als der Magnetkern (13) ist und daß die Tasterspitze (41) einen in die Sackloch-Gewindebohrung (22,23) passenden Gewindeschaft (27) aufweist, daß der Gewindeschaft (27) an seiner einen, herausstehenden Seite eine Platte (28) umfasst, und daß auf der Platte (28) eine Kugellager-Kugel (24) stoffschlUssig befestigt ist.

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24) etwa bis zu ihrem Äquator eben abgeschliffen ist und mi* ί- ■ Schliffläche (26) auf der Platte (28) befestigt ist.

3. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (28) kreisrund ist und in ihrem Durchmesser etwa dem Durchmesser der Kugel (24) entspricht.

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4. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überragende Unterseite (42) auf der Stirnfläche (17, 18) des Magnetkerns (13) aufsitzt.

5. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (13) ein U-Kern ist und in beiden Stirnflächen (17,18) eine Tasterspitze (41) auswechselbar vorgesehen ist,

6. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24) aufgelötet ist.

7. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (24) aufgeschweisst ist.

8. Meßtaster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufschweissen die Platte (28) auf ihrer Oberseite eine kleine Erhebung (31) aufweist, die als Schweißwarze dient und nur einen sehr kleinen Teil der Platte (28) abdeckt.

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9. Meßtaster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung

von Platte (28) und Kugel (24) von einer durch Anisgen der Platte an den einen Pol und der Kugel an den anderen Pol einer Schweißstromquelle abgeschmolzenen kleinen Erhebung (31) gebildet ist.