DE4014686A1 - Messkopf fuer eine vorrichtung zur messung von aenderungen magnetischer eigenschaften aufgrund von mechanischen spannungen in einem magnetisierbaren koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art für eine Vorrichtung zur Messung von Änderungen magnetischer Eigenschaften auf­ grund von mechanischen Spannungen in einem magnetisierbaren Körper.

Durch die DE-OS 35 08 337 ist ein Meßkopf der be­ treffenden Art bekannt, bei dem die Schenkel des Eisenkerns an ihren Enden halbkugelförmig ausgebildet sind, um eine enge Berührung mit einer Oberfläche eines zu messenden Körpers auch dann zu erreichen, wenn die Oberfläche nicht eben ist. Hierdurch soll eine hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit erzielt werden. Durch Anspreßkräfte, deren Art nicht näher beschrieben ist, können bei diesem bekannten Meßkopf sowohl in der Rückenplatte als auch in der zu messenden Oberfläche Spannungen erzeugt werden, die die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit in hohem Maße beeinträchtigen können.

Durch die DE-OS 25 45 022 ist ein magneto­ elastischer Geber zur Messung von Spannungen in der Oberflä­ che eines Meßkörpers bekannt, der hinsichtlich der magneti­ schen Kreise genauso ausgebildet ist wie der zuvor beschrie­ bene, bekannte Meßkopf. Technisch sind die Schenkel des magnetisch offenen Eisenkerns an der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes festgeschweißt, an ihren freien Enden mit Gewindebohrungen versehen und mittels eingeschraubter Schrauben mit einem magnetischen, aus Blech bestehenden Joch verbunden. Bei der Verschraubung oder auch aufgrund von Wärmedehnungen entstehen jedoch Spannungen in allen magne­ tisch wirksamen Teilen, die die Zuverlässigkeit und Reprodu­ zierbarkeit der Messung beeinträchtigen. Außerdem besteht der Nachteil, daß die wesentlichen Teile des Gebers, nämlich die Spulen, nach Anbringung der Schenkel an der Oberfläche des zu messenden Körpers aufgesteckt und angeschlossen werden müssen, wonach dann erst das Jochblech aufgeschraubt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf der betreffenden Art zu schaffen, der die zum Stand der Technik geschilderten Nachteile nicht aufweist, also eine hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit hat, bei dem die Abhängigkeit von aufgrund von Haltekräften verur­ sachten Spannungen gering ist und der darüber hinaus einfach im Aufbau ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, das Rückenteil frei von Biegespannungen aufgrund der Andrück­ kräfte zu halten, um sie so auch unabhängig von den Andrück­ kräften zu machen. Diese Andrückkräfte können daher sehr groß sein, was für die Anlage der freien Enden der Schenkel des Eisenkerns an der Oberfläche des zu messenden Körpers von großer Bedeutung ist.

Da der aus Rückenplatte und Schenkeln bestehende Eisenkern ein sehr steifes Gebilde ist, können die freien Enden der Schenkel des Eisenkerns auf der Meßoberfläche rutschen, wenn Relativbewegungen z.B. aufgrund von Wärmedeh­ nungen auftreten. Der Einfluß von Wärmedehnungen auf die Messung ist daher gering.

Die praktische Durchführung der technischen Lehre nach Anspruch 1 kann in verschiedener Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß die Schenkel in Längsrichtung Bohrungen aufweisen und daß die Schraubmit­ tel durch Schraubbolzen gebildet sind, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen haben und auf deren freie Gewindeenden Muttern aufgeschraubt und festgezogen sind.

Eine andere Möglichkeit besteht in der Lehre des Anspruchs 3, wonach auf der den Schenkeln abgewandten Seite der Rückenplatte eine Spannplatte angeordnet ist, die einen Abstand von der Rückenplatte hat und im Bereich der Schenkel Vorsprünge aufweist, die an der Rückenplatte im Bereich der Schenkel anliegt und durch Schraubbolzen festgezogen ist. Die Spannkräfte werden also entfernt von den Schenkeln erzeugt und durch die Rückenplatte auf die Schenkel und nur dort übertragen, so daß in den Schenkeln nur Druckspannun­ gen, nicht aber dort und auch in der Rückenplatte Biegespan­ nungen erzeugt werden, die die Messung beeinträchtigen können.

Im Falle der Verwendung einer Spannplatte gemäß Anspruch 3 kann die Spannplatte die Rückenplatte überragende Teile aufweisen, wobei sich die Schraubbolzen im Bereich dieser Teile außerhalb von der Rückenplatte und Erreger- und Empfangswicklung befinden. Besonders zweckmäßig ist aber die Alternative gemäß Anspruch 5, wonach die Rückenplatte und die Spannplatte jeweils eine zentrale Bohrung aufweisen, durch die ein Schraubbolzen führt. In diesem Falle kann mit einem Schraubbolzen die gesamte Andrückung erfolgen. Um in diesem Falle gleiche Andrückkräfte auf alle drei Schenkel zu erzielen, ist die Lehre nach Anspruch 6 zweckmäßig, wonach die Bohrung auf dem Schnittpunkt von Verbindungslinien jeweils zwischen einer Ecke des vorzugsweise rechtwinkligen Dreiecks und der Mitte der dieser Ecke gegenüberliegenden Seite liegt.

Im Falle der Verwendung nur eines zwischen den Schenkeln liegenden Schraubbolzens kann die Oberfläche des Meßkörpers zweckmäßigerweise rund um den Schraubbolzen eine zur Achse des Schraubbolzens radiale Bearbeitungsfläche aufweisen. Zur Erzeugung dieser Bearbeitungsfläche kann der Schraubbolzen als Drehachse verwendet werden, um die sich ein Drehwerkzeug dreht.

Die Schraubbolzen können an der Oberfläche des Meßkörpers durch Schweißen, Verschrauben in einer Gewinde­ bohrung oder Löten in an sich bekannter Weise befestigt sein und an ihren freien Enden Muttern aufweisen, die gegen die Rückenplatte bzw. die Spannplatte festgezogen sind. Zweckmä­ ßigerweise sind die Schraubbolzen gleichzeitig als Dehnbol­ zen ausgebildet, d.h. daß sie eine verhältnismäßig große Längen haben und sich aufgrund dessen beim Festziehen dehnen und so eine große Sicherheit gegen Lösen insbesondere bei Schwingungen oder dergleichen haben.

In allen Fällen bestehen die Schraubbolzen und Spannplatten zweckmäßigerweise aus magnetisch nichtleiten­ dem Material, um so keinen magnetischen Nebenschluß zu bilden und sicherzustellen, daß der gesamte magnetische Fluß durch die Schenkel verläuft.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an Aus­ führungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Meßkopfes gemäß der Erfindung in Richtung gegen die freien Schenkel des Eisenkerns,

Fig. 2 zeigt in Seitenansicht und teilweise geschnitten ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und teilweise geschnitten ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 4 zeigt in Seitenansicht und teilweise geschnitten ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 verdeutlicht den grundsätzlichen Aufbau eines Meßkopfes, bei dem die erfindungsgemäße Lehre Anwen­ dung findet. Von einer Rückenplatte 1 aus magnetisch leiten­ dem Material erstrecken sich senkrecht aus der Zeichnungs­ ebene heraus drei Schenkel 2, 3 und 4, die mit der Rücken­ platte zusammen aus einem Stück bestehen. Auf dem Schenkel 3 befindet sich eine Erregerwicklung 5, und auf den Schen­ keln 2 und 4 befinden sich Empfängerspulen 6 und 7.

Bei Benutzung des in Fig. 1 dargestellten Meß­ kopfes wird dieser mit seinen freien Schenkeln 2, 3 und 4 auf die Oberfläche eines zu messenden Körpers gedrückt, und zwar in einer solchen Orientierung, daß eine Spannung in Richtung eines Pfeiles 8′ gemessen werden kann. Zur Messung wird in bekannter Weise die Erregerwicklung 5 mit einem Wechselstrom gespeist. Der dadurch in dem Schenkel 3 bewirkte magnetische Fluß fließt durch die Oberfläche eines zu messenden Körpers und durch die Schenkel 2 und 4 über die Rückenplatte 1 zurück zu dem Schenkel 3. Durch diesen Fluß wird in den Empfängerspulen 6 und 7 eine elektrische Spannung induziert, die gemessen und mit dem Erregerstrom verglichen wird.

Treten in dem Körper aufgrund von mechanischen Spannungen im Bereich zwischen den Schenkeln 2 und 3 bzw. 4 und 3 mechanische Spannungen auf, so ändert sich die permea­ bilität im Bereich dieser Spannungen, die dann durch eine Veränderung der Meßspannung aus den Empfängerspulen 6 und 7 festgestellt werden können, die zu den aufgetretenen mecha­ nischen Spannungen korrespondiert.

Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die mit Fig. 1 übereinstimmenden oder entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Stirnflächen der freien Schenkel 2 und 4 und des nicht sichtbaren Schenkels 3 sind in der auseinandergezogenen Darstellung auf eine Ober­ fläche 8 eines zu messenden Körpers 9 gerichtet. Auf der Oberfläche 8 ist ein Schraubbolzen 10 angeschweißt, über den die Rückenplatte 1 mit einer zentralen Bohrung 11 und eine Spannplatte 12 mit einer zentralen Bohrung 13 gesteckt werden können. Der Durchmesser der Bohrungen 11 und 13 ist so groß bemessen, daß auch noch eine Hülsenmutter 14 hin­ durchpaßt und auf den Schraubbolzen 10 aufschraubbar ist. Die Spannplatte 12 weist im Bereich der Schenkel 2 und 4 sowie des nicht sichtbaren Schenkels 3 Vorsprünge 15 und 16 auf.

Die Oberfläche 8 ist um den Schraubbolzen 10 herum mit einem Drehwerkzeug bearbeitet, beispielsweise einem Stirnfräser, für den der Schraubbolzen 10 als Dreh­ achse direkt oder mittels eines aufgeschraubten Achsteiles als Drehlager verwendbar ist. Diese Rotationsbearbeitung ist an Ort und Stelle leicht auszuführen und garantiert im zusammengesetzten Zustand eine weitgehend spaltfreie Auflage der freien Enden der Schenkel 2, 3 und 4 auf der bearbeite­ ten Oberfläche 8.

Beim Zusammenbau des Meßkopfes gemäß Fig. 2, dessen Spulen 5-7 fest mit den Schenkeln 2-4 bzw. der Rückenplatte 1 verbunden sind, wird diese mit der Bohrung 11 auf den Schraubbolzen 10 gesteckt. Danach wird auch die Spannplatte 12 in gleicher Weise aufgesteckt und die Hülsen­ mutter 14 eingeführt und auf dem Schraubbolzen 10 festge­ schraubt. Dabei drücken die Vorsprünge 15, 16 nur im Bereich der Schenkel 2, 3, 4 gegen die Rückenplatte 1, so daß die Spannkräfte nur als Druckkräfte in die Schenkel 2, 3 und 4 eingeleitet werden. Die Rückenplatte 1 bleibt weitgehend spannungsfrei. Die Spannplatte 12 biegt sich beim Festziehen der Hülsenmutter 14 etwas durch und sorgt somit für eine stets elastische Andrückung. Der Spannbolzen 10 und die Hülsenmutter 14 und die Spannplatte 12 bestehen aus magne­ tisch nichtleitendem Material und bilden somit keinen Neben­ schluß für die magnetischen Flüsse durch die Schenkel 2, 3 und 4.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und mit den Fig. 1 und 2 übereinstimmende bzw. entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern verse­ hen. Die Schenkel 2 und 4 wie auch der nicht sichtbare Schenkel 3 weisen Bohrungen 17 und 18 auf, durch die Schraubbolzen 19 und 20 führen, die an der Oberfläche 8 des Meßkörpers 9 angeschweißt sind. Sie haben einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen 17 und 20, so daß sie beim Festspannen keine seitlichen Kräfte auf die Wandungen der Bohrungen 17 und 18 ausüben können. Die Schraubbolzen 19 und 20 stehen auf der den Schenkeln 2 und 4 abgewandten Seite der Rückenplatte 1 vor, und dort sind Muttern 21 und 22 aufschraubbar und festziehbar.

In der Darstellung in Fig. 3 sind die Teile etwas auseinandergezogen dargestellt. Die Rückenplatte 1 mit den Schenkeln 2 und 4 sowie den Spulen 6 und 7 bildet wieder eine Einheit, die lose auf die Schraubbolzen 19 und 20 aufgesteckt wird. Dann werden die Muttern 21 und 22 aufge­ schraubt und festgezogen. Aufgrund der Länge der Schraubbol­ zen 19 und 20 dehnen sich diese etwas, so daß sie aufgrund ihrer elastischen Dehnung für eine dauerhafte Verspannung sorgen.

In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel ge­ zeigt, das in seinem Prinzip der Ausführungsform in Fig. 2 entspricht. Gleiche bzw. sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Zum Verspannen der Schenkel 2 und 4 und des nicht sichtbaren Schenkels 3 dient eine Spannplatte 23, die Vorsprünge 24 und 25 unmittelbar im Bereich der Rückseiten der Schenkel 2 und 4 sowie 3 auf­ weist. Die Spannplatte 23 weist die Rückenplatte 1 seitlich überragende Teile 26 und 27 auf, in denen sich Bohrungen 28 und 29 befinden, durch die Schraubbolzen 30, 31 ragen, die an der Oberfläche 8 des Meßkörpers 9 angeschweißt sind und auf deren Enden Muttern 32 und 33 aufgeschraubt sind.

In der Fig. 4 sind die Teile etwas auseinanderge­ zogen dargestellt. Bei Festziehen der Muttern 32 und 33 auf den Schraubbolzen 30 und 31 drücken die Vorsprünge 24 und 25 gegen die Rückseiten der Schenkel 2 und 4, so daß deren freie Enden fest auf die zu messende Oberfläche 8 gedrückt werden. Die Schraubbolzen 30 und 31 wirken dabei wieder aufgrund ihrer Länge als Dehnschrauben.

Bei allen Ausführungsbeispielen hat die Rücken­ platte 1 den gleichen Temperaturkoeffizienten wie der Meßkörper 9, so daß sich bei Temperaturänderungen keine Spannungen ergeben können, die die Meßergebnisse und deren Reproduzierbarkeit beeinträchtigen.

Claims (11)

1. Meßkopf für eine Vorrichtung zur Messung von Änderungen magnetischer Eigenschaften aufgrund von Spannungen in einem magnetisierbaren Meßkörper, mit einem magnetisch offenen Eisenkern, mit drei auf den Spitzen eines vorzugsweise rechtwinkligen Dreiecks angeordneten, durch eine gemeinsame Rückenplatte verbundenen Schenkeln, die eine Erregerwicklung und Empfangswicklungen aufweisen und mit ihren Enden der Oberfläche des Meßkörpers zugewandt sind, und mit Befesti­ gungsmitteln zur Befestigung des Eisenkerns an der Oberflä­ che des Meßkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (2, 3, 4) und die Rückenplatte (1) ein gemeinsames, vorzugsweise aus einem Stück gefertigtes Teil bilden und daß die Befestigungsmittel Schraubmittel sind, die nur im Be­ reich der Schenkel (2, 3, 4) anliegen.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (2, 3, 4) in Längsrichtungen Bohrungen (17, 18) aufweisen und daß die Schraubmittel durch Schraubbolzen (19, 20) gebildet sind, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrungen (17, 18) haben und auf deren freie Gewindeenden Muttern (21, 22) aufgeschraubt und festgezogen sind.

3. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Schenkeln (2, 3, 4) abgewandten Seite der Rückenplatte (1) eine Spannplatte (12; 23) angeordnet ist, die einen Abstand von der Rückenplatte (1) hat und im Be­ reich der Schenkel (2, 3, 4) Vorsprünge (15, 16; 24, 25) aufweist, die an der Rückenplatte (1) im Bereich der Schen­ kel (2, 3, 4) anliegen, und daß die Spannplatte durch Schraubbolzen gegen die Rückenplatte (1) festgezogen ist.

4. Meßkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannplatte (23) die Rückenplatte (1) überragende Teile (26, 27) aufweist und daß die Schraubbolzen (30, 31) im Bereich dieser Teile außerhalb der Rückenplatte (1) und Erreger- (5) und Empfangswicklung (6) angeordnet sind.

5. Meßkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückenplatte (1) und die Spannplatte (12) jeweils eine zentrale Bohrung (11, 13) aufweisen, durch die ein Schraub­ bolzen (10) führt.

6. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (11, 13) auf dem Schnittpunkt von Verbindungs­ linien jeweils zwischen einer Ecke des rechtwinkligen Drei­ ecks und der Mitte der dieser Ecke gegenüberliegenden Seite liegt.

7. Meßkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberfläche (8) des Meßkörpers (9) rund um den Schraubbolzen (10) eine zur Achse des Schraubbolzens (10) radiale Bearbeitungsfläche aufweist.

8. Meßkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubbolzen (10; 19, 20; 30, 31) an der Oberfläche (8) des Meßkörpers (9) durch Schweißen, Verschrauben in einer Gewindebohrung oder Löten befestigt sind und an ihren freien Gewindeenden Muttern (14; 21, 22; 32, 33) aufweisen, die gegen die Rückenplatte (1) bzw. die Spannplatte (12; 23) festgezogen sind.

9. Meßkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubbolzen (19, 20; 30, 31) Dehnbolzen sind.

10. Meßkopf nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schraubbolzen (10, 14; 19, 20; 30, 31) und/oder die Spannplatte (12, 23) aus magnetisch nichtlei­ tendem Material bestehen.

11. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rückenplatte den gleichen Temperaturkoeffizienten hat wie das Material des Meßkörpers (9).