DD247281A1

DD247281A1 - MEASUREMENT TRANSMISSION SYSTEM FOR FLIP, BUMPER AND FALLING WORKS

Info

Publication number: DD247281A1
Application number: DD28762486A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Grellmann; Heinz Hoffmann; Helmut Kassner; Dieter Kiessling; Gerald Nowak
Original assignee: Tur Dresden Werke Ultraschallt
Priority date: 1986-03-06
Filing date: 1986-03-06
Publication date: 1987-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messwertuebertragungssystem zur Uebertragung von physikalischen Messgroessen, die bei der Pruefung des Verformungs- und Bruchverhaltens standardisierter Pruefkoerper unterschiedlicher geometrischer Dimensionen, Halbzeugen, Bau- und Formteilen aus polymeren und anderen Werkstoffen bei hohen Beanspruchungsbedingungen mit instrumentierter Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerken auftreten. Die Messgroessen werden mit verschiedenen Sensoren registriert und anschliessend elektronisch ausgewertet. Die erfindungsgemaesse Aufgabenstellung wird dadurch geloest, dass am Schlagbolzen des Schlag-, Pendelschlag- oder Fallwerkes ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter angebracht sind, deren Ausgaenge ueber elektronische Stufen, in denen eine Signalaufbereitung erfolgt, mit einem Kondensator verknuepft sind. Der Kondensator besteht aus einem Metallstreifen am Schlagbolzen und einem Fallrohr, in dem der Schlagbolzen gefuehrt wird. Ueber ihn werden die aufbereiteten Signale ueber eine Eingangsstufe einer Verarbeitungsstufe zugefuehrt, die mit einer Auswerteeinrichtung verknuepft ist. Dabei koennen ausserhalb des Schlagbolzens ein oder mehrere Sensoren zur Aufnahme weiterer physikalischer Parameter angeordnet sein, die ueber eine elektronische Verarbeitungsstufe der Auswerteeinrichtung zugefuehrt werden.The invention relates to a Messwertuebertragungssystem for the transmission of physical Meßgroessen that occur in the examination of the deformation and fracture behavior of standardized Pruefkoerper different geometric dimensions, semi-finished products, structural and moldings of polymeric and other materials under high stress conditions with instrumented impact, pendulum impact and fall , The measuring quantities are registered with various sensors and subsequently evaluated electronically. The task according to the invention is achieved by attaching one or more sensors for detecting physical parameters to the firing pin of the percussion, pendulum impact or falling gear whose outputs are connected to a capacitor via electronic stages in which signal conditioning takes place. The condenser consists of a metal strip on the firing pin and a downpipe in which the firing pin is guided. About him the processed signals are fed via an input stage of a processing stage, which is linked to an evaluation device. In this case, outside the firing pin, one or more sensors for receiving further physical parameters can be arranged, which are fed to the evaluation device via an electronic processing stage.

Description

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Meßwertubertragungssysteme fur Schlag-, Pendelschlag und Fallwerke anzugeben, die auf rationelle Weise die Übertragung physikalischer Meßgroßen zur Durchfuhrung bruchmechanischer Schlagprufungen an standardisierten Prüfkörpern, Halbzeugen, Bau- und Formteilen unterschiedlicher geometrischer Dimensionen gestattet, ohne daß Meßwertverfalschungen auftreten Dabei ist eine hohe Reproduzierbarkeit zu realisierenThe aim of the invention is to provide Meßwertubertragungssysteme for impact, pendulum impact and drop, which allows a rational way, the transmission of physical Meßgroßen for carrying out fracture mechanical impact tests on standardized specimens, semi-finished products, structural and moldings of different geometrical dimensions without Messwertverfalschungen occur Here is one to realize high reproducibility

The essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßwertubertragungssystem fur Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerke vorzuschlagen, mit dem die interessierenden physikalischen Meßwerte gleichzeitig erfaßt, übertragen und wahlweise dargestellt werden können Dabei soll das Fallwerk elektrisch von der Auswerteelektronik getrennt werden Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß auf einen an sich bekannten instrumentierten Schlagbolzen ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung physikalischer Meßgroßen angeordnet sind Der Schlagbolzen wird in einem Fallrohr gefuhrt Erfipdungsgemaß können außerhalb des Schlagbolzens und des Fallrohres weitere Sensoren zur Erfassung von Meßgroßen angebracht sein Schlagbolzen und Fallrohr sind Bestandteil eines üblichen Fallwerkes fur die bruchmechanische Schlagprufung Gemäß der Erfindung ist im bzw am Schlagbolzen eine elektronische Einheit angebracht, die die erfaßten Meßwerte elektronisch aufbereitet Der Ausgang der elektronischen Einheit ist mit einem Koppel-Kondensator verbunden, dessen erste Platte erfindungsgemaß durch einen Metallstreifen am Schlagbolzen und dessen zweite Platte durch das Fallrohr gebildet wird Gemäß der Erfindung werden die elektronisch aufbereiteten Meßsignale über den Metallstreifen und das Fallrohr einer extern liegenden Eingangsstufe zugeführt, der eine entsprechende Auswerteeinnchtung nachgeschalten ist Zur regelgerechten Arbeitsweise von mehreren auf dem Schlagbolzen angebrachten Sensoren besteht die elektronische Einheit im bzw am Schlagbolzen erfindungsgemaß aus einem Steuerglied, dessen Eingang mit den Ausgangen der Sensoren und dessen Ausgang mit den Eingangen von Operationsverstärkern verbunden sind Die Anzahl der nachgeschalteten Operationsverstärker ist gleich der Anzahl der eingesetzten SensorenThe object of the invention is to propose a Meßwertubertragungssystem for impact, pendulum impact and gravity, with which the physical measurements of interest can be detected, transmitted and optionally displayed The case is to be electrically separated from the transmitter The task is according to the invention thereby The firing pin is guided in a downpipe Erfipdungsgemaß outside of the firing pin and the downpipe other sensors for detecting Meßgrößen be mounted firing pin and downpipe are part of a conventional Fallwerkes for the fracture mechanical Schlagprufung According to the invention, an electronic unit is mounted in or on the firing pin, which electronically processes the detected measured values The output of the electronic unit is t connected to a coupling capacitor whose first plate according to the invention by a metal strip on the firing pin and the second plate is formed by the downpipe According to the invention, the electronically processed measuring signals are supplied via the metal strip and the downpipe an externally located input stage, the corresponding Auswerteeinnchtung For the regular operation of several mounted on the firing pin sensors, the electronic unit in or on the firing pin according to the invention consists of a control element whose input is connected to the outputs of the sensors and whose output to the inputs of operational amplifiers The number of downstream operational amplifier is the same Number of sensors used

Den Operationsverstärkern sind entsprechende Modulatoren, ein Oszillator, eine Pufferstufe und eine Ausgangsstufe nachgeschalten, die mit der ersten Kondensatorplatte verbunden ist Zur geordneten Zuschaltung der auf dem Schlagbolzen positionierten Sensoren besitzt das Steuerglied erfindungsgemaß einen Nebeneingang, der mit einem zweiten Metallstreifen verbunden ist Der zweite Metallstreifen und das Fallrohr bilden einen weiteren Koppelkondensator über den Taktimpuls zum Steuerglied übertragen werden Gemäß der Erfindung ist dazu das Fallrohr mit dem Ausgang eines Synchrontaktgebers verbunden, dessen Eingang mit einem zweiten Stellglied verknüpft ist Das zweite Steuerglied bewirkt gleichzeitig die entsprechende Zu- bzw Umschaltung der Auswerteeinrichtung Erfindungsgemaß können außerhalb des Fallwerkes ein oder mehrere weiteren Sensoren zur Erfassung von pyhsikalischen Meßwerten angebracht werden Ihre Zuschaltung erfolgt analog der Anordnung fur die Sensoren, die sich auf dem Schlagbolzen befinden Dazu sind die Sensoren außerhalb des Fallwerkes mit einer weiteren elektronischen Einheit verbunden, deren Ausgang direkt mit der Auswerteeinrichtung verknüpft ist Diese elektronische Einheit wird ebenfalls durch den Synchrontaktgeber gesteuertThe operational amplifiers corresponding modulators, an oscillator, a buffer stage and an output stage are connected downstream, which is connected to the first capacitor plate For ordered connection of the sensors positioned on the firing pin, the control member according to the invention has a side entrance, which is connected to a second metal strip The second metal strip and According to the invention, the downpipe is connected to the output of a synchronous clock generator whose input is linked to a second actuator. The second control element simultaneously effects the corresponding switching or switching of the evaluation device according to the invention One or more additional sensors are attached outside the drop - box to record physical values. They are connected in the same way as for the sensors located on the S For this purpose, the sensors outside the drop unit are connected to another electronic unit whose output is linked directly to the evaluation unit. This electronic unit is also controlled by the synchronous clock generator

Die erfindungsgemaße Anordnung gestattet die reproduzierbare, gleichzeitige Meßwerterfassung und die wahlweise Darstellung der Meßwerte entsprechend der meßtechnischen Aufgabenstellung Dabei treten keine Verfälschungen der Meßwerte durch die hohe mechanische Beanspruchung im Fallwerk auf Die erfindungsgemaße Losung hat den Vorteil, daß sie entsprechend der meßtechnischen Aufgabenstellung rationell aufgebaut ist und jederzeit beliebig erweitert werden kann Die Meßwerterfassung erfolgt fur alle Meßwerte absolut reproduzierbarThe arrangement according to the invention allows the reproducible, simultaneous acquisition of measured values and the optional presentation of the measured values in accordance with the measuring task. The solution according to the invention has the advantage that it is rationally constructed in accordance with the measuring task and can be extended at any time The measured value acquisition is absolutely reproducible for all measured values

exemplary

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausfuhrungsbeispiel erläutert werden Fig 1 Schaltungsanordnung des Meßwertubertragungssystem mit EmpfangsteilThe invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. FIG. 1 Circuit arrangement of the measured value transmission system with receiving part

Das Meßwertubertragungssystem befindet sich in einem an sich bekannten instrumentierten Schlagbolzen 1, der in handelsüblichen Fallwerken in einem dazugehörigen Fallrohr 2 gefuhrt wird und der Empfangstell in einer nachgeschalteten elektronischen Baugruppe, die außerhalb des Fallrohres 2 angeordnet ist Der Schlagbolzen 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylinderschaft und einem StoßelementThe Meßwertubertragungssystem is located in a known per se instrumented firing pin 1, which is guided in commercial drop frames in an associated downpipe 2 and the receiving station in a downstream electronic assembly, which is located outside of the downpipe 2. The firing pin 1 consists essentially of a cylindrical shank and a shock element

Nach Einlegen eines Bau- oder Formteils wird der Schlagbolzen 1 in beliebiger Hohe aus einer Ausklinkvorrichtung ausgelost und bewegt sich durch das Fallrohr 2 in Richtung des Bau- oder FormteilesAfter inserting a building or molding of the firing pin 1 is triggered at any height from a notching and moves through the downpipe 2 in the direction of the structural or molding

Die von einem oder mehreren Sensoren 3,4,5,6 aufgenommenen physikalischen Meßsignale werden in elektrische Meßgroßen gewandelt, wobei der Sensor 3, ein Kraftmeßsensor, in eingefrasten Nuten auf dem Zylinderschaft, der Sensor 4, ein Temperaturmeßsensor, im Stoßelement und der Sensor 5, ein Beschleunigungssensor ist, der hinter dem Stoßelement innerhalb des Schlagbolzens 1 angeordnet ist Der Sensor 6, ein Wegsensor, ist außerhalb des Schlagbolzens 1 angeordnet Die Sensoren 3,4, 5, 6 werden über ein erstes Steuerglied 7 und einen Synchrotaktgeber 8 zeitlich nacheinander synchron mit einer zugehörigen Auswerteeinrichtung 9 zusammengeschaltet Dazu ist das Steuerglied 7 fur die Zuschaltung der Sensoren 3,4, 5 über das Fallrohr 2 und einer Empfangsplatte 10 mit einem zweiten Steuerglied 11 verbunden Die im Synchrontaktgeber 8 erzeugten Taktimpulse bewirken über das Steuerglied 11 die zeitlich nacheinander folgende Zuschaltung der Sensoren 3,4 und 5 und direkt die Zuschaltung des Sensors 6 Die vom jeweiligen Sensor 3,4,5 aufgenommenen und umgewandelten Meßgroßen werden jeweils über einen Operationsverstärker 12,13,14 — einem dazugehörigen Modulator 15,16,17 — zugeführt Jeder Modulator 15,16,17 besteht aus einem Spannungs-Frequenzwandler, der eine Frequenz oder eine Phasenmodulation im Bereich 1-11 kHz vornimmt Dazu sind die Modulatoren 15,16,17 mit einem Oszillator 18 verbunden Das vom Oszillator 18 erzeugte und durch die Modulatoren modulierte Signal wird einer Pufferstufe 19 zugeführt Damit werden Belastungsanderungen, die auf denThe physical measurement signals recorded by one or more sensors 3, 4, 5, 6 are converted into electrical measured variables, wherein the sensor 3, a force measuring sensor, has keyed grooves on the cylindrical shaft, the sensor 4, a temperature measuring sensor, the impact element and the sensor 5 , an acceleration sensor, which is arranged behind the impact element within the firing pin 1 The sensor 6, a displacement sensor, is located outside of the firing pin 1 The sensors 3,4, 5, 6 are synchronized in chronological succession via a first control member 7 and a synchro clock 8 For this purpose, the control member 7 is connected to the connection of the sensors 3,4, 5 via the downpipe 2 and a receiving plate 10 with a second control member 11 The clock pulses generated in the synchronous clock generator 8 via the control member 11 in succession Connection of the sensors 3,4 and 5 and directly the connection of the S ensors 6 The measured variables recorded and converted by the respective sensor 3, 4, 5 are each fed via an operational amplifier 12, 13, 14 - an associated modulator 15, 16, 17 - Each modulator 15, 16, 17 consists of a voltage-frequency converter, For this, the modulators 15,16,17 are connected to an oscillator 18. The signal generated by the oscillator 18 and modulated by the modulators is fed to a buffer stage 19. Thus, load changes which are applied to the

Oszillator 18 wirken, verhindert. Der Pufferstufe 19 ist eine Ausgangsstufe 20 nachgeschaltet. Das dort weiter aufbereitete Meßsignal wird einer Abstrahlvorrichtung 21 zugeführt, die mit dem Fallrohr 2 einen Koppelkondensator bildet. Die Ausgangsstufe 20 besteht aus einer Leistungsstufe und einer Anpaßstufe, die der impedanzmäßigen Anpassung an den aus der Abstrahlvorrichtung 21 und dem Fallrohr 2 bestehenden Koppelkondensator dient.Oscillator 18 act, prevents. The buffer stage 19 is an output stage 20 downstream. The further processed there measuring signal is fed to a radiating device 21, which forms a coupling capacitor with the downpipe 2. The output stage 20 consists of a power stage and a matching stage, which serves for impedance matching to the coupling capacitor consisting of the emitting device 21 and the drop tube 2.

Zwischen Abstrahlvorrichtung 21 und Fallrohr 2 bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, über das die entsprechende Meßwertübertragung erfolgt. Das Fallrohr 2 ist mit einer Eingangsstufe 22 verbunden, die aus einer Mischstufe, einer Oszillatorstufe, einer ZF-Stufe und einer Demodulatorstufe besteht. Am Ausgang der Demodulatorstufe liegt das ursprünglich in eine Frequenz von 1-11 kHz gewandelte Meßsignal wieder vor. Dieses Signal wird über eine Verarbeitungsstufe 23 der Auswerteeinrichtung 9zugeführt. In der Auswerteeinrichtung 9 erfolgt eine Meßwertdarstellung nach Signalformumsetzung mit Tansientenspeicher.Between the emitting device 21 and the downpipe 2, an electromagnetic field is formed, via which the corresponding measured value transmission takes place. The drop tube 2 is connected to an input stage 22, which consists of a mixer, an oscillator stage, an IF stage and a demodulator stage. At the output of the demodulator stage, the measuring signal originally converted into a frequency of 1-11 kHz is present again. This signal is fed via a processing stage 23 of the evaluation device 9. In the evaluation device 9 is a measured value representation after signal conversion with Tansientenspeicher.

Die vom Sensor 6 aufgenommene und umgewandelte Meßgröße wird einer elektronischen Verarbeitungsstufe 23 zugeführt. In dieser Stufe erfolgt eine Verstärkung des Meßwertes durch eine Operationsverstärkung und eine entsprechende Anpassung an die Auswerteeinrichtung 9. Gleichzeitig wird die zeitlich richtige Zuschaltung zur Auswerteeinrichtung 9 gewährleistet. Dazu ist die Verarbeitungsstufe 23 mit dem Synchrontaktgeber 8 verbunden. Mit der vorliegenden Anordnung ist es möglich, ein oder mehrere physikalische Meßgrößen, die bei der Stoßbeanspruchung von Bau- und Formteilen auftreten, zu messen und zeitlich nacheinander darzustellen.The measured variable received and converted by the sensor 6 is fed to an electronic processing stage 23. In this stage, the measured value is amplified by an operational amplification and a corresponding adaptation to the evaluation device 9. At the same time, the timely connection to the evaluation device 9 is ensured. For this purpose, the processing stage 23 is connected to the synchronous clock generator 8. With the present arrangement, it is possible to measure one or more physical measured variables that occur in the impact stress of structural and moldings, and represent one after the other in chronological order.

Claims

invention claim

1 Meßwertubertragungssystem for impact, pendulum impact and drop registers for registration of measured values in the instrumented impact test of molded parts made of different materials using a Universalschlagprufgerates consisting of a downpipe with a then movable firing pin and an electronic evaluation device, characterized in that the firing pin on or a plurality of sensors for detecting physical parameters are mounted, the outputs of which are linked via electronic stages in which a signal conditioning, with a capacitor whose first plate is formed by a metal strip on the firing pin and the second plate through the downpipe and the processed signals be supplied via an input stage of a processing stage, which is linked to egg ner ejector, wherein arranged outside of the firing pin one or more sensors for receiving further physical parameters may be supplied via an electronic processing stage of the evaluation

2 Meßwertubertragungssystem according to item 1, characterized in that the outputs of the sensors are supplied to the firing pin a control member, which according to the number of sensors in parallel several operational amplifiers, a plurality of modulators, an oscillator, a buffer stage and an output stage are arranged downstream, wherein the control member another Input has, which is connected to a capacitor whose first plate is formed by a further metal strip and the second plate through the downpipe, which is connected via a synchronous clock with another control element, which is also linked to the evaluation

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a Meßwertubertragungssystem for the transmission of physical Meßgroßen that occur in the testing of deformation and fracture behavior of standardized specimens of different geometrical dimensions, semi-finished, structural and molded parts made of polymeric and other materials under high stress conditions with instrumented impact, pendulum impact and drop The measuring variables are registered with different sensors. Such measuring quantities form the basis for a microstructurally justified characterization of the material behavior They are used as target variables in the material development. The invention is applicable in material testing laboratories of the industry, university and academy research institutes and in the office for standardization, measurement and goods inspection

Characteristic of the known technical solutions

For the assessment of the deformation and fracture behavior of standardized test specimens of different geometrical dimensions, semi-finished products and structural parts of polymeric and other materials at high stress rates, especially in instrumented impact pendulum impact and drop weight Meßwertubertragungssysteme are known with which an electronic detection of the impact force and the As a result, the processes of crack classification and crack propagation are registrable and fracture mechanical evaluation methods can be used to determine material parameters. Suitable sensors are used in instrumented firing pins, drop or pendulum impact hammers, where ζ B for the measurement of the Impact force preferably Piezokraftmeßdosen (H Blumenauer, plastic and rubber 20 [1973] 832) or resistive elements, mainly semiconductors and wire strain gauges A disadvantage of these instrumented firing pins is that the coupling of the sensors acting as transducers and the Meßwertverstarker with the electronic evaluation via rigid or flexible By carrying the measuring cable with the moving instrumented firing pin, drop or pendulum impact hammer it comes to mechanical interference and to torsional oscillations By the superposition of torsional vibrations on the actual impact force-deformation curve, the fracture mechanical evaluation and the computer-aided characteristic value using appropriate Founer analysis makes it difficult or mathematically meaningless to carry it out. Specifically, the determination of corresponding measured variables in the registration diagram, such as the maximum breaking force at the moment of the break of the test specimen, the Force in the transition from elastic to elastic-plastic material behavior, the elastic portion of the Gesamtverformungsarbeit the test specimen, the plastic part of this deformation work and occurring especially in highly refined polymer materials Rißverzogerungsenergie with considerable errors Affected A falsification of the physical measures means uncertainties and errors in the characteristic value Thus, the demands on the reliability, safety and life of machines, equipment and components no longer guaranteed Another disadvantage of known Meßwertubertragungssysteme exists from the outset then that by the Mitfuhrung the Measuring cable, especially in the component and mold inspection in instrumented drop units, a susceptibility is given, which is a tearing of the measuring cable during free fall or after the impact on the building or molded part justified This causes the failure of the measuring apparatus

A further disadvantage is that due to the length of the measuring cable (often 0 5 m) on the Ubertragungsstrecke Meßwertaufnehmer-, Meßwertwandler amplifier and transmitter Ubertragungsfehler by capacitive losses and Ubergangsswiderstandsanderungen the order mü, caused by corrosion or contact uncertainties, the Kalibrierstabilitat the Meßwertubertragungssystem negatively