DE10038450A1 - Dehnungsmeßstreifen und Verfahren zum Positionieren von Dehnungsmeßstreifen auf einem Dehnungskörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßstreifen (1) und ein Verfahren zum Positionieren von Dehnungsmeßstreifen (1) auf einem Dehnungskörper (4). Dabei ist der Dehnungsmeßstreifen (1) so ausgebildet, daß an seinen Randbereichen (10, 11) zwei Teilflächenelemente (2, 3) als Markierungselemente vorgesehen sind, und die zur Positionierung am Dehnungskörper (4) dienen. Am Dehnungskörper (4) sind ebenfalls korrelierende Flächenelemente (5, 6) angebracht, durch die die Teilflächenelemente (2, 3) am Dehnungsmeßstreifen (1) zu Vollflächenelementen ergänzt werden, wenn der Dehnungsmeßstreifen (1) die vorgesehene Plazierung erreicht hat.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßstreifen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Po­ sitionieren des Dehnungsmeßstreifens auf einem Dehnungskörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Dehnungsmeßstreifen bestehen meist aus einem mäanderförmigen Meßgitter einer Widerstandsfolie, die auf einer Trägerschicht aufgebracht ist. Diese Trägerschicht wird dann an einem Deh­ nungskörper appliziert. Die Dehnungskörper stellen meist Meß­ federn eines Aufnehmers oder andere dehnungsfähige Geräteteile dar, deren Verformung mit den Dehnungsmeßstreifen erfaßt wer­ den soll. Dabei müssen die Dehnungsmeßstreifen an genau vorge­ gebenen Stellen der Meßfeder oder den anderen dehnungsfähigen Geräteteilen appliziert werden, damit nur die gewünschten phy­ sikalischen Größen wie z. B. Kräfte, Momente oder Drücke ermit­ telbar sind.

Deshalb wurden bisher auf den Dehnungsmeßstreifen mindestens vier strichförmige Markierungen aufgebracht, die meist die Endlinien der Mittellinienkoordinaten darstellten. Bei anderen Dehnungsmeßstreifen wurden auch diagonale Endlinienabschnitte auf den Dehnungsmeßstreifen aufgebracht, die zur Positionie­ rung auf den Dehnungskörper dienten. Zum applizieren der Deh­ nungsmeßstreifen werden auf dem Dehnungskörper an den vorgese­ henen Stellen meist ebenfalls Markierungen vorgenommen, die mit den Markierungen auf dem Dehnungsmeßstreifen in Deckung zu bringen sind. Dabei wurden an den Dehnungskörper meist in ei­ nem manuellen Anreißverfahren die Mittellinienkoordinaten oder die Diagonalen als Linien angerissen. Hierzu mußten zuvor min­ destens vier Linienabschnitte an den Dehnungskörper in einem separaten manuellen Arbeitsverfahren meßtechnisch festgelegt und angebracht werden. Dazu war meist ein selbständiger Ar­ beitsplatz notwendig, zu dem teilweise auch schwere Aufnehmer­ teile transportiert werden mußten, was einen nicht unbeträcht­ lichen Aufwand bedeutete.

Es sind aber auch Positionierungsverfahren bekannt, bei denen die Markierungen optisch auf die Dehnungsflächen der Aufnehmer aufgeblendet und dann mit den Strichmarkierungen auf den Deh­ nungsmeßstreifen in Übereinstimmung gebracht werden. Auch bei diesem Applizierverfahren müssen mindestens 4 Markierungen am Aufnehmer festgelegt und mit den mindestens 4 Markierungen am Dehnungsmeßstreifen in Übereinstimmung gebracht werden, wobei sowohl ein beträchtlicher meßtechnischer Aufwand als auch ein verhältnismäßig großer Ausrichtaufwand notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Dehnungs­ meßstreifen zu schaffen, der einfach auf den Dehnungskörper zu applizieren ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildung und vorteilhafte Ausführungs­ beispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die beiden Teilflä­ chenelemente als Markierungselemente ein Dehnungsmeßstreifen geschaffen wurde, der nur durch zwei Markierungen in allen vier Positionierrichtungen genauestens auf den Dehnungskörper plazierbar ist.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß für die Applizie­ rung der Dehnungsmeßstreifen am Dehnungskörper lediglich zwei weitere korrelierende Flächenelemente als Markierungen am Deh­ nungskörper notwendig sind, die durch einfache automatisierba­ re Bearbeitungsvorgänge am Dehnungskörper auch schon während des Herstellungsvorgangs anbringbar sind. Dadurch ist die Mar­ kierung von zwei Markierungselementen am Dehnungsmeßstreifen als auch am Dehnungskörper entbehrlich, wobei in der Regel der gesamte manuelle Markierungsvorgang am Aufnehmer entfallen kann. Hierdurch sind gleichzeitig auch Meßungenauigkeiten ver­ meidbar, die beim separaten Festlegen und Anbringen der Mar­ kierungselemente am Dehnungskörper entstehen.

Bei der Erfindung ist darüber hinaus auch vorteilhaft, daß die Ausrichtung nur durch die Übereinstimmung von zwei ergänzenden Flächenelemente möglich ist, die lediglich durch eine manuelle Inaugenscheinnahme mit höchster Präzision und in kürzester Ausführungszeit durchführbar ist, wodurch auch eine höhere Fertigungsgenauigkeit des gesamten Aufnehmers erreichbar ist. Dadurch ist vorteilhafterweise auch die Meßgenauigkeit des Aufnehmers verbesserbar, insbesondere wenn es sich um Aufneh­ mer mit einer Vielzahl von Dehnungsmeßstreifen handelt, die dann zu einer oder zu mehreren Wheatstoneschen Vollbrücken verschaltet werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die Vorderansicht eines Dehnungsmeßstreifens, der auf einer Meßfeder appliziert ist, und

Fig. 2: die Seitenansicht einer Meßfeder mit zwei korrelie­ renden Markierungselementen.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Dehnungsmeßstreifen 1 darge­ stellt, auf den zwei Markierungselemente als Teilflächen 2, 3 angebracht sind und der so auf einem Dehnungskörper 4 plaziert und appliziert ist, daß die Teilflächenelemente 2, 3 des Deh­ nungsmeßstreifens 1 die beiden vollflächigen Markierungsele­ mente 5, 6 am Dehnungskörper 4 zur Hälfte überdecken.

Als Dehnungskörper ist eine Meßfeder 4 eines Aufnehmers darge­ stellt, mit dem eine physikalische Größe wie beispielsweise eine Kraft, ein Drehmoment oder ein Druck ermittelbar ist. Auf dieser Meßfeder 4 ist ein Foliendehnungsmeßstreifen 1 an einer vorgesehen Stelle appliziert. Dieser Foliendehnungsmeßstreifen 1 ist als separates Bauelement in Fig. 2 der Zeichnung darge­ stellt, die für die gleichen Merkmale die gleichen Bezugszif­ fern enthält. Der Foliendehnungsmeßstreifen 1 besteht aus ei­ ner flexiblen Trägerschicht 7 auf der ein mäanderförmiges Meß­ gitter 8 aus Widerstandsmaterial aufgebracht ist. Die Träger­ schicht 7 ist rechteckig ausgebildet, wobei das Meßgitter 8 spiegelbildlich zu einer längs gerichteten Mittellinie 9 ange­ ordnet ist.

An den beiden Querrändern 10, 11 des Dehnungsmeßstreifens 1 sind im Bereich der Mittellinie 9 und spiegelbildlich zu die­ ser zwei Teilflächenelemente 2, 3 als Markierungselemente vorgesehen. Diese Teilflächenelemente 2, 3 sind jeweils auf dem Dehnungsmeßstreifen 1 aufgedruckt oder aus der Meßgitter­ folie 8 geätzt. Damit ist in Bezug auf das Dehnungsverhalten die Positionierung des Meßgitters 8 festgelegt, auch wenn das Meßgitter 8 später ungenau auf der Trägerschichtfolie 7 pla­ ziert bzw. diese ungenau aus dem Nutzen ausgetrennt wird.

Jedes Teilflächenelement 2, 3 besteht aus einem halbkreisför­ migen Ringelement 12, 13 das nicht aus der Widerstandsfolie geätzt wurde und in dessen Mitte deshalb eine andersartige Halbkreisfläche 2, 3 verbleibt. Sowohl die Ringelemente 12, 13 als auch die Halbkreisflächen 2, 3 sind durch unterschiedliche Materialstruktur, Farbgebung oder andere Unterscheidungsmittel gut sichtbar von einander unterscheidbar. Die Ringelemente 12, 13 könnten auch als ellipsenförmige, oder als andere Teil- Rundform ausgebildet sein. Es sind auch mehreckige Ringelemen­ te ätz- oder andersartig ausbildbar, soweit diese durch entsprechende korrelierende Markierungsalemente 5, 6 an dem Deh­ nungskörper 4 ergänzbar sind. Die Halbkreisflächen 2, 3 könn­ ten auch durch Ausstanzungen oder Bohrungen gebildet werden, wobei dann die umgebenden Ringelemente 12, 13 entbehrlich sind.

Zur genauen Plazierung des Dehnungsmeßstreifens 1 sind gleich­ falls an der Meßfeder 4 korrelierende Markierungselemente 5, 6 vorgesehen. Diese sind im einzelnen auch in Fig. 3 und Fig. 4 der Zeichnung dargestellt, die für gleiche Bauteile auch glei­ che Bezugsziffern besitzt. In der Praxis haben sich als korre­ lierende Markierungselemente zwei Aussparungen 5, 6 als vor­ teilhaft erwiesen, die als kegelförmige Ankörnung oder als kleine Bohrung mit kreisförmiger Öffnung ausgeführt wurden. Dabei besitzen die Öffnungen den gleichen Radius wie die Halbkreisflächen 2, 3 am Dehnungsmeßstreifen 1, wobei die Aus­ sparungen 5, 6 an der Meßfeder 4 den gleichen Abstand vonein­ ander aufweisen, wie die Halbkreisflächen 2, 3 des Dehnungs­ meßstreifens 1. Dieser Abstand der Markierungselemente 5, 6 und deren genaue Positionierung ist bereits vorher bestimmbar und kann deshalb auf einfache Art bereits während der Herstel­ lung der Meßfeder 4 auf diese übertragen werden. So werden heute derartige Meßfedern 4 meist durch programmgesteuerte Dreh- und Fräsautomaten hergestellt, durch die gleichfalls die Aussparungen 5, 6 automatisiert anbringbar wären. Diese korre­ lierenden Aussparungen 5, 6 bzw. Ankörnungen 5, 6 könnten auch durch andere rundförmige oder mehreckige Öffnungsquerschnitte gebildet werden, sofern diese die Markierungselemente am Deh­ nungsmeßstreifen 1 ergänzen.

Bei der Applizierung wird der Dehnungsmeßstreifen 1 so auf der Meßfeder 4 positioniert, daß die beiden Halbkreise 2, 3 so über den korrelierenden Markierungselementen 5, 6 auf der Meß­ feder 4 plaziert sind, daß sie deren benachbarte Markierungs­ hälften überdecken. Dadurch ergänzen sich die nichtüberdeckten Öffnungshälften mit den Halbkreismarkierungen 2, 3 auf dem Dehnungsmeßstreifen 1 zu einem Vollkreis, wenn die vorgesehene Applikationsposition erreicht ist. Durch derartige kreisflä­ chige Markierungen sind auch schon geringe Abweichungen von der vorgesehenen Position gut erkennbar, so daß eine hochprä­ zise Positionierung in allen Plazierungsrichtungen bereits durch zwei Markierungselemente 2, 3 erreichbar ist. Eine der­ artige Ergänzung der Markierungselemente 2, 3 des Dehnungsmeß­ streifens 1 mit den korrelierenden Markierungselementen 5, 6 der Meßfeder 4 zu einem Vollkreis ist sehr präzise auch dann erreichbar, wenn die Halbkreisflächen 2, 3 des Dehnungsmeß­ streifens 1 durch die Austrennung aus dem Nutzen keine voll­ ständigen genauen Halbkreisflächen mehr aufweisen. Bei Rund­ markierungen hat sich in der Praxis ein Durchmesser von 1 bis 1,5 mm als vorteilhaft erwiesen, der noch eine äußerst präzise Positionierung auf der Meßfeder ermöglicht und keine ungünsti­ gen Einwirkungen auf die Meßfeder 4 verursacht.

Für spezielle Applizierungsprozesse kann es auch vorteilhaft sein, mehr als zwei Markierungselemente vorzusehen. So sind drei Markierungselemente vorteilhaft, wenn eine bestimmte Pla­ zierungsrichtung des Dehnungsmeßstreifens 1 auf der Meßfeder 4 sichergestellt werden soll, insbesondere wenn hierzu automati­ sierte Applikationsverfahren vorgesehen sind. Mit den teilflä­ chigen Markierungselementen 2, 3 können auch andere Dehnungs­ meßstreifenformen wie beispielsweise runde oder mehreckige Dehnungsmeßstreifen auf einer Meßfeder oder einem anderen Ge­ räteteil plaziert werden.

Als korrelierende Markierungselemente 5, 6 an der Meßfeder 4 oder anderen Geräteteilen können auch Farbmarkierungen aufge­ tragen oder aufgedruckt werden. Dies kann insbesondere vor­ teilhaft sein, wenn die Applikationsfläche uneben ist und die Markierungen nur nachträglich und programmgesteuert auf diese Flächen übertragbar sind.

Claims (8)

1. Dehnungsmeßstreifen bei dem auf einem Trägerschicht (7) Widerstandsmaterial (8) aufgebracht ist, wobei an den Randbereichen (10, 11) der Trägerschicht (7) Markierungs­ elemente zur Plazierung auf einem Dehnungskörper (4) vor­ gesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Markie­ rungselemente Teilflächenelemente (2, 3) darstellen, die so ausgebildet sind, daß zur Positionierung am Dehnungs­ körper (4) mit korrelierenden Flächenelementen (5, 6) am Dehnungskörper (4) ergänzbar sind, wobei mindestens zwei Teilflächenelemente (2, 3) an den Randbereichen (10, 11) vorgesehen sind.

2. Dehnungsmeßstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Teilflächenelemente zwei Teilrundflächenele­ mente (2, 3), Teilmehreckenelemente oder eine Kombination aus Teilrund- und Teileckflächenelementen vorgesehen sind, die von den Umgebungsflächen (12, 13) an der Trä­ gerschicht (7) unterscheidbar sind.

3. Dehnungsmeßstreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilflächenelemente (2, 3) als Farbmarkierung, als Materialstruktur oder als Aussparung gebildet sind.

4. Dehnungsmeßstreifen nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungselemente (2, 3) an gegenüberliegenden Bereichen symmetrisch zu ei­ ner Mittellinie (9) oder einer Spiegelachse angeordnet sind.

5. Verfahren zur Positionierung von Dehnungsmeßstreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Dehnungskörper (4) ebenfalls mindestens zwei korrelie­ rende Markierungselemente (5, 6) angebracht werden, die an der Oberfläche des Dehnungskörpers (4) eine unter­ scheidbare Fläche bilden, die so mit den Teilflächenele­ menten (2, 3) des Dehnungsmeßstreifens (1) in Überdeckung gebracht werden, daß diese mit den korrelierenden Markie­ rungselementen (5, 6) am Dehnungskörper (4) eine Vollflä­ che bilden, sofern die vorgesehene Plazierung erreicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die korrelierenden Markierungselemente als Aussparungen (5, 6), Farbmarkierung oder strukturierte Flächenelemente gebildet und durch ein Ankörnvorgang, einen Bohrvorgang oder einen Farbdruckvorgang am Dehnungskörper (4) ange­ bracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die korrelierenden Markierungselemente in Form einer Rundfläche (5, 6), einer Mehreckenfläche oder einer Kom­ bination aus Rund- und Mehreckenflächenelementen an dem Dehnungskörper (4) angebracht werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die korrelierenden Markierungs­ elemente (5, 6) bereits während des Herstellungsprozesses des Dehnungskörpers (4) programmgesteuert an diesen ange­ bracht oder in einem programmgesteuerten Markierungsvor­ gang auf den Verformungskörper (4) übertragen werden.