Dehnungsmesser
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dehnungsmesser zum Messen von Dimensionsänderungen von Prüfkörpern, insbesondere von solchen, die in ihrer Längsachse beansprucht werden.
Bei Werkstoffprüfungen werden gewöhnlich Prüfkörper einer axialen Zug- oder Druckbeanspruchung unterworfen, wobei deren Längenänderung als Dehnung bezeichnet wird. Messungen der Durchmesseränderungen stellen eine Ersatzmethode dar, wenn wegen kurzer Messlängen wenig Raum zur Anbringung üblicher Längsdehnungsmessgeräte besteht.
Das Prinzip des Diametraldehnungsmessers beruht darauf, dass sich die Längs- und Querspannungen bei einer gleichmässigen Verformung eines Prüfkörpers zueinander gemäss der Poisson'schen Gleichung verhalten. Demnach verhält sich die Längsspannung in einem axial beanspruchten Prüfkörper innerhalb bestimmter Grenzen proportional zur Anderung des Durchmessers.
Die Durchmesseränderungen eines Prüfkörpers sind jedoch im Vergleich zu den entsprechenden Längenänderungen klein, und Messfehler beeinträchtigen die Genauigkeit der Ergebnisse in der Grössenordnung eines Faktors, der sich anhand des Verhältnisses von Durchmesser zu Messlänge und zu der Poisson'schen Zahl bestimmt. Die Verwendung elektronischer Geräte ermöglicht es, Längenänderungen im Bereiche von 0,00025 mm zu messen. Solche Geräte haben einen beschränkten linearen Messbereich und bieten besonders Schwierigkeiten mit Bezug auf eine die Dehnung anzeigende Messskala.
Sie sind jedoch besonders geeignet für die Messungen kleinerer Dimensionsänderungen quer zur Beanspruchungsrichtung und ermöglichen es, diese diametralen Messungen eines Prüfkörpers zur Ermittlung von Dehnungen zu verwenden, die im Bereich der für die meisten praktischen Zwecke verlangten Genauigkeit liegen.
Ein Vorteil des Diametraldehnungsmessers beruht auf seiner Anwendung während der Endphase eines Dehnversuches, wenn vor dem Bruch der betreffende Prüfkörper stellenweise eingeschnürt wird. Der eingeschnürte Bereich liegt gewöhnlich innerhalb der Messlänge und die Längsspannungen im Bereiche der Messlänge entsprechen einem Durchschnittswert aus der Spannung im eingeschnürten Bereich und der Spannung im übrigen Bereich. Der Diametralmesser registriert gewöhnlich weiterhin die gleichmässige Dimensionsänderung des übrigen, nicht eingeschnürten Bereiches, es sei denn, dass die Messung unmittelbar bei der Einschnürung erfolgt.
Von besonderem Vorteil sind Diametraldehnungsmesser bei Dauerstand- und Wechselfestigkeitsprüfun gen, wo der Prüfkörper häufig so lange ist, dass es äusserst schwierig wird, die gebräuchlicheren Längsdehnungsmesser zu verwenden.
Dauerstand- und Wechselfestigkeitsprüfungen werden oft bei hohen Temperaturen durchgeführt, wobei der Prüfkörper in einem Ofen eingeschlossen ist, so dass das direkte oder fortlaufende Ablesen mit praktischen Schwierigkeiten verbunden ist, die nur mit komplizierten und kostspieligen Einrichtungen überwunden werden können.
Abgesehen davon, dass der Raum um den Prüfkörper herum beschränkt ist, ist es nicht wünschenswert, empfindliche elektronische Geräte höheren Temperaturen auszusetzen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Dehnungsmessers, mit dem Querverformungen eines Längsbeanspruchungen unterworfenen Prüfkörpers bei hohen Temperaturen genau gemessen und registriert werden können.
Der erfindungsgemässe Dehnungsmesser ist gekennzeichnet durch ein Paar Hebel, die um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert und an einem Ende so ausgebildet sind, dass sie einen Prüfkörper an einander gegenüberliegenden Stellen abgreifen können, so dass eine seitliche Formveränderung des Prüfkörpers zwischen den sogenannten Stellen eine Drehung der Hebel um die Achse in entgegengesetztem Drehsinn bewirkt, durch ein den anderen Hebelenden zugeordne tes Mittel zur Messung der Hebelbewegung und durch ein Mittel zur federnden Lagerung.
Bevorzugterweise ist dieser Dehnungsmesser dadurch gekennzeichnet, dass die Hebel mittels einer Vorrichtung gekreuzter Plattfedern so gelagert ist, dass die Hebel sich scherenartig zueinander bewegen können.
Dieser Dehnungsmesser kann sich dadurch kennzeichnen, dass zwei Blattfedern nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Quermittellinien in der Dreh- achse liegen. Dadurch ist ohne Verwendung eines Lagerzapfens eine scherenartige Verbindung zwischen den beiden Hebeln hergestellt.
Vorzugsweise kennzeichnet sich dieser Dehnungsmesser dadurch, dass zwei Paare gekreuzter Blattfedern in solcher Weise angeordnet sind, dass mit jedem der beiden Hebel eines der Paare zusammenwirkt, um einen symmetrischen und kräftemässig ausgeglichenen Drehpunkt zu schaffen.
Die beiliegenden Zeichnungen stellen ein Ausfüh rungsb ei spiel der Erfindung dar.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines Dehnungsmessers.
Fig. 2 ist eine fragmentarische Frontansicht in teilweisem Schnitt des Dehnungsmessers nach Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Dehnungsmessers von Fig. 1 und 2 und erläutert die praktische Anwendung an einem Prüfkörper in einem Industrieofen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfasst der Dehnungsmesser zwei Winkelhebel 1, 2, die nebeneinander verlaufen, wobei jeder der beiden Hebel einen senkrecht herabhängenden und einen sich horizontal erstreckenden Arm aufweist, und die Arme des einen Hebels parallel zu den entsprechenden Armen des andern Hebels verlaufen. Die beiden Arme sind mittels einer Kreuzblattfedervorrichtung verbunden und so gelagert, dasssich die beiden Hebel scherenartig zueinander bewegen können.
An der durch die Kreuzblattfedern gebildeten Drehachse sind nach Fig. 2 vier Blöcke 3-6 vorgesehen, von denen jeder zwei zueinander geneigte Flächen aufweist, deren Schnittgerade parallel zur betreffenden Blocklängsachse verläuft. Die Blöcke sind paarweise so angeordnet, dass je zwei Schnittlinien sich gegenüber liegen, wobei je eine Fläche des einen Blockes in derselben Ebene liegt, wie eine Fläche des andern Blockes des betreffenden Blockpaares. Die Blöcke 3, 4 bzw. 5, 6 eines jeden Paares sind durch zwei Blattfedern 7, 8 kreuzweise miteinander verbunden. Die Blattfedern sind an ihren Enden an den fluchtenden Flächen von je zwei Blöcken eines Paares befestigt.
Je ein Blockpaar ist mit je einem Winkelhebel verbunden, wobei nur ein Block jedes Paares am jeweiligen Hebel befestigt ist und der andere frei bleibt. Die Blöcke sind derart angeordnet, dass je ein am einen Hebel befestigter Block des einen Paares einem freien Block des andern Paares gegenüberliegt, so dass also der befestigte Block 3 des Hebels 1 dem freien Block 5 von Hebel 2 unmittelbar gegenüberliegt und der freie Block 4 des Hebels 1 dem befestigten Block 6 des Hebels 2 gegenüberliegt. Die an den Hebeln befestigten Blöcke sind ihrerseits mit den den andern Hebeln zugeordneten freien Blöcken durch durchgehende Stangen 9, 10 verbunden, die sich durch beide Hebelarme hindurch erstrecken und die Blöcke in fester Verbindung miteinander halten.
Die Stangen 9, 10 erstrecken sich dabei durch je eine Bohrung mit grösserem Durchmesser, die je in dem dem jeweils befestigten Block gegenüberliegenden Arm vorgesehen ist, so dass zwischen der betreffenden Bohrung und der Stange ein Spiel besteht. Auf diese Weise ist jeder Hebel unabhängig vom andern um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert, die durch die sich schneidenden Ebenen der Blattfedern verläuft.
Die Vermeidung einer Relativbewegung zwischen sich berührenden Teilen bewirkt, dass, während ein Teil des Dehnungsmessers hoher Temperaturen ausgesetzt ist, eine Wärmeausdehnung und Oxydationserscheinungen eintreten können, ohne dass deshalb eine zusätzliche Reibungskraft zu überwinden wäre oder sonst ein störender Einfluss verursacht würde.
Der Hebel 1 ist an seinem untern Ende mit einem messerschneideartig gekanteten Glied 11 versehen, während der Hebel 2 eine Verlängerung 12 aufweist, die ein weiteres messerschneideartig gekantetes Glied 13 trägt, wobei die messerschneideartigen Kanten einander so gegenüberliegen, dass eine diametrale Dimensionsänderung eines zwischen den Gliedern angeordneten Körpers (wie z. B. eines Prüfkörpers) den Gliedern und den diesen zugeordneten Hebeln eine Drehbewegung um die gemeinsame Achse in entgegengesetztem Sinn erteilt.
Horizontale, quer über und unter den horizontalen Armen beider Hebel angebrachte Blattfedern 14, 15 sind an ihren sich über die Arme hinaus erstreckenden Endbereichen verbunden und üben auf die Hebel eine Druckkraft aus, wodurch die Glieder 11 und 13 eine bestimmte Ausgangslage anstreben und mit einem zwischen ihnen angeordneten Prüfkörper in Berührung bleiben.
Die Drehbewegung der Hebelarme ist ein Mass für den Betrag der diametralen Dimensionsänderungen des Prüfkörpers. Sie kann in herkömmlicher Weise an den von den messerartigen Kanten anggewandten Hebelenden dadurch gemessen werden, dass die Relativbewegung der Hebel aufgezeichnet wird.
Das Gehäuse 16 eines Differentialtransformators weist eine am Gehäuse 16 befestigte Stütze 17 auf, durch die der Transformator starr mit dem horizontalen Arm des Hebels 1 verbunden ist. Ein in bezug auf das Gehäuse beweglicher Abtaster stützt sich auf dem entsprechenden Arm von Hebel 2 auf. Durch die Bewegung des Abstasters, der den Kern des Transformators bildet, wird eine veränderliche Spannung erzeugt, die in jeder bekannten, geeigneten Weise aufgezeichnet oder gemessen werden kann, um die Dimensionsänderungen des Prüfkörpers anzuzeigen.
Ein am Gehäuse 16 befestigter Mikrometerschraubenkopf 19 dient zur Verstellung des Abtasters, um dessen Stellung vor einem Prüfvorgang zu normieren oder während eines Prüfvorganges neu einzustellen, falls der gesamte Ausschlag über den linearen Bereich des Abtasters hinausgeht.
Der Dehnungsmesser ist auf einer nachgiebigen Blattfeder 20 gelagert, die gekröpfte Arme 21, 22 aufweist, welche mit den oberen Blöcken 3,5 verbunden sind, und die so angeordnet ist, dass sie am festen Rahmen einer Prüfvorrichtung, wie sie in Fig. 1 bei 23 angedeutet ist, befestigt werden kann. Durch diese elastische Aufhängung können die messerartigen Kanten der Glieder 11 und 13 der Bewegung der Messtelle des Prüfkörpers folgen, während sich dieser während einer anfänglichen Anheizzeit ausdehnt oder während der Zeit, in der er unter Belastung eine Längsspannung aufweist. Die horizontalen Blattfedern 14, 15 können in der vertikalen Ebene verstellt werden, um das Gewicht des Transformators auszugleichen.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind an den Federn befestigte Ausleger 24, 25 mit einem Balken 26 verbunden, der seinerseits an einem festen Rahmen 27 eine Prüfvorrichtung mittels eines Gewindestabes 28 und einer Verstellmutter 29 aufgehängt ist.
Eine Verwendung dieses Diametraldehnungsmessers ist schematisch in Fig. 3 erläutert. Der Durchmesser eines sich in einem Industrieofen 31 befindlichen Prüfkörpers 30 wird von den messerartigen Kanten der Glieder 12 und 13 des Dehnungsmesser abgegriffen, dessen Drehpunkt und Aufzeichnungsaggregate sich ausserhalb des Ofens befinden, wo die Einwirkung erhöhter Temperaturen minimal sind.