DE10058498C2 - Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibers - Google Patents
Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibersInfo
- Publication number
- DE10058498C2 DE10058498C2 DE2000158498 DE10058498A DE10058498C2 DE 10058498 C2 DE10058498 C2 DE 10058498C2 DE 2000158498 DE2000158498 DE 2000158498 DE 10058498 A DE10058498 A DE 10058498A DE 10058498 C2 DE10058498 C2 DE 10058498C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fiber
- center
- sheet metal
- metal strip
- measuring spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000000418 atomic force spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/22—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady torsional forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N2033/0003—Composite materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/026—Specifications of the specimen
- G01N2203/0262—Shape of the specimen
- G01N2203/0278—Thin specimens
- G01N2203/028—One dimensional, e.g. filaments, wires, ropes or cables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
- G01N2203/0623—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using piezoelectric gauges
Abstract
Vorrichtung zur Bestimmung des Torsionsmoments und der Axialkraft in Torsionsversuchen an Fasern, bestehend aus einer Messfeder, bestehend aus einem rechteckigen Blechstreifen, welcher symmetrisch zur Mitte beidseitig jeweils um 90 DEG in gleiche Richtung verdrillt ist, wobei die Mitte des Blechstreifens parallel zu der zu prüfenden Faser und die beiden Enden des Blechstreifens senkrecht zu der zu prüfenden Faser ausgerichtet sind, der Blechstreifen mit beiden Enden jeweils auf einem Widerlager aufliegt und auf den ebenen Bereichen jeweils vor und hinter den beiden Verdrillungen symmetrisch zur Mitte mit Dehnungsmessstreifen versehen ist, einer oberen Einspannung für die Faser, welche parallel zur Mitte der Messfeder ausgerichtet in der Mitte der Messfeder steif fixiert ist, einer unteren Einspannung für die Faser, welche um die Faserachse drehbar gelagert und zum Aufbringen eines Drehmoments auf die Faser motorisch angetrieben ist.Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on fibers, consisting of a measuring spring consisting of a rectangular sheet metal strip, which is twisted symmetrically to the center on both sides by 90 ° in the same direction, the center of the sheet metal strip parallel to the fiber to be tested and the two ends of the sheet metal strip are aligned perpendicular to the fiber to be tested, the sheet metal strip with both ends rests on an abutment and is provided with strain gauges on the flat areas in front of and behind the two twists symmetrically to the center, an upper clamping for the Fiber, which is fixed parallel to the center of the measuring spring and rigidly fixed in the center of the measuring spring, a lower clamping for the fiber, which is rotatably mounted about the fiber axis and is motor-driven to apply a torque to the fiber.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Tor sionsmoments und der Axialkraft in Torsionsversuchen an dünnen Fasern gemäss des ersten und des zweiten Patentanspruchs.The invention relates to a device for determining the gate sionsmoments and the axial force in torsion tests on thin Fibers according to the first and second claims.
Torsionsversuche dienen zur Bestimmung von Torsionsverfesti gungskurven, aus denen sich Schubmodul, Torsionsstreckgrenze, Torsionsdehngrenzen und Torsionsfestigkeit eines Werkstoffes bestimmen lassen. Bei spröden Werkstoffen, worunter auch dünne Kohlenstoff- oder Glasfasern zählen, reduzieren sich die zu er mittelnden Kenngrößen auf die Torsionsfestigkeit und den Schub modul.Torsion tests are used to determine torsion strength yield curves, from which the shear modulus, torsional yield point, Torsional yield limits and torsional strength of a material let determine. For brittle materials, including thin ones Carbon or glass fibers count, the number is reduced average parameters on the torsional strength and the thrust module.
Bei Torsionsversuchen werden im Allgemeinen das Torsionsmoment sowie die durch das Torsionsmoment verursachte Drehwinkelände rung in der Probe gemessen. Proben wie beispielweise Gummi- oder Langfaserproben, welche während des Torsionsversuches große Drehwinkeländerungen, d. h. ein nachgiebiges Verhalten zeigen, neigen zudem zu einem Aufzwirbeln und damit zu größeren Längen änderungen der Probe während des Torsionsversuches. Deswegen werden bei derartigen Proben zusätzlich die Längenänderung und/ oder die Axialkraft der Probe gemessen.In torsion tests, the torsional moment is generally and the angle of rotation caused by the torsional moment tion measured in the sample. Samples such as rubber or Long fiber samples, which are large during the torsion test Changes in angle of rotation, d. H. show compliant behavior also tend to whirl up and thus to longer lengths Changes in the sample during the torsion test. therefore the length change and / or measured the axial force of the sample.
Torsionsprüfvorrichtungen dienen zur Durchführung von Torsions versuchen. In einer einfachen Ausführung wird eine Probe, vor zugsweise eine unverjüngte Rundprobe, auf der einen Seite über einen Getriebemotor oder einen angesetzten Hebelmechanismus tor diert, während auf der anderen Seite der Probe das anliegende Drehmoment gemessen wird. Bei der Torsionsprüfung an Fasern wer den jedoch nur geringe Drehmomente erwartet. Meist werden für die Messung spezielle Aufnehmer verwendet, bei dem ein aufge brachtes Torsionsmoment gegen ein oder mehrere Federbleche mit linearer Federkennlinie wirkt, und die Nachgiebigkeit optisch über Ablenkung eines Lichtstrahles durch einen mitdrehenden Spiegel gemessen wird. Die Axialkraft ist durch einen derartigen Aufnehmer nicht messbar.Torsion testing devices are used to perform torsion to attempt. In a simple version, a sample is made preferably an unrejuvenated round sample, on one side over a gear motor or an attached lever mechanism gate dated, while on the other side of the sample the adjacent Torque is measured. When testing torsion on fibers, who which only expects low torques. Mostly for the measurement uses special transducers in which an up brought torsional moment against one or more spring plates linear spring characteristic acts, and the flexibility visually about deflection of a light beam by a rotating one Level is measured. The axial force is such Sensor not measurable.
In der US 4 875 375 wird ein Extensometer zur Bestimmung des Torsionsmoments und der Axialkraft für die Werkstoffprüfung be schrieben.In US 4,875,375 an extensometer for determining the Torsional moment and the axial force for material testing wrote.
Ferner zeigen die US 5 460 052 A sowie die JP 07333126 A Vor richtungen für Torsionsversuche an Fasern, mit zwei Einspannun gen, von denen die eine drehbar gelagert und zum Aufbringen ei nes Drehmoments auf die Faser motorisch angetrieben ist. Bei der Vorrichtung gemäß der US 5 460 052 A ist auch ein Torsionsmo mentmesser vorgesehen.US 5 460 052 A and JP 07333126 A also show directions for torsion tests on fibers, with two clamping gene, one of which is rotatably mounted and egg egg torque on the fiber is motor-driven. In the The device according to US 5 460 052 A is also a torsion mo ment knife provided.
DE 18 28 549 U offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Torsionsmoments in Torsionsversuchen an länglichen Messproben aus harten Werkstoffen mit einer ersten Einspannung, an der die Messprobe fixiert ist, und mit einer zweiten Einspannung, welche um die Messprobenachse drehbar gelagert und zum Aufbringen eines Drehmoments auf die Messprobe motorisch angetrieben ist.DE 18 28 549 U discloses a device for determining the Torsional moment in torsion tests on elongated measurement samples made of hard materials with a first clamping on which the Measurement sample is fixed, and with a second clamping, which mounted rotatably around the measurement sample axis and for applying a Torque on the test sample is motor-driven.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur experimen tellen Bestimmung sowohl des Torsionsmoments als auch der Axi alkraft simultan in Torsionsversuchen an dünnen Fasern zu schaf fen.The object of the invention is to provide a device for experiments determination of both the torsional moment and the axi to create alkraft simultaneously in torsion tests on thin fibers fen.
Die Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 und 2 beschriebenen Vor richtungen gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Aus gestaltungen der Vorrichtungen an.The task is with the described in claims 1 and 2 before directions solved. The other claims give preferred Aus designs of the devices.
Durch die Verwendung von Messverfahren mit Dehnungsmessstreifen (DMS) wird insbesondere gegenüber optischen Messverfahren eine wesentlich verbesserte Unempfindlichkeit gegen ungewollte Stör einflüsse erzielt. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Vor richtung ganz besonders für einen Einsatz in einem geschlossenen Regelkreis, wobei die über die DMS gemessenen Kräfte und Torsi onsbelastungen als Istwerte in die Antriebsregelung für die Be lastungsvorrichtung für die Faser einspeisbar, mit einer vorgegebenen Sollwertkurve vergleichbar und durch die ermittelte Ab weichung die Steuersignale für den Antrieb für die Faserbelas tung in der Vorrichtung korrigierbar ist. Dies ist eine wesent liche Vorraussetzung für die Durchführung Kraft- oder Dehnungs geregelter Ermüdungsversuche.By using measuring methods with strain gauges (DMS) becomes one especially compared to optical measuring methods significantly improved insensitivity to unwanted interference influences achieved. This makes the front according to the invention suitable direction especially for use in a closed Control loop, the forces and torsi measured via the strain gauges ons loads as actual values in the drive control for the loading Load device for the fiber feedable, with a predetermined Setpoint curve comparable and from the determined Ab softening the control signals for the drive for the fiber load device in the device is correctable. This is an essential one prerequisite for the implementation of force or expansion controlled fatigue tests.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand von Zeichnungen zweier Ausführungsformen erläutert. Es zeigenThe device according to the invention is described below with reference to Drawings of two embodiments explained. Show it
Fig. 1a und b die Vorrichtung der ersten Ausführungsform in An- und Draufsicht, Fig. 1a and b, the apparatus of the first embodiment in the presence and top view,
Fig. 2a und b die Vorrichtung der zweiten Ausführungsform in An- und Draufsicht, FIGS. 2a and b, the apparatus of the second embodiment in the presence and top view,
Fig. 3a und b prinzipiell die Verformung der Vorrichtung sowie die Verschaltung der vier Dehnungsmessstreifen (DMS) in DMS- Vollbrückenschaltung für die Erfassung der Torsion, FIGS. 3a and b in principle, the deformation of the device as well as the interconnection of the four strain gauges (DMS) in a full bridge strain gauge circuit for detecting the torsion,
Fig. 4a und b prinzipiell die Verformung der Vorrichtung sowie die Verschaltung der vier DMS in DMS-Vollbrückenschaltung für die Erfassung der Axialkraft, sowie Fig. 4a and b in principle the deformation of the device and the connection of the four strain gauges in strain gauge full bridge circuit for the detection of the axial force, and
Fig. 5a und b prinzipiell die Verformung der Vorrichtung sowie die Verschaltung der zwei DMS gemeinsam mit zwei Festwiderstän den in DMS-Diagonalbrückenschaltung für die Erfassung der Axial kraft. FIGS. 5a and b in principle, the deformation of the device as well as the interconnection of the two DMS together with two Festwiderstän force in the DMS-diagonal bridge circuit for detecting the axial.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beider Ausführungsformen be steht, wie in den Fig. 1 und 2a und b dargestellt, aus einer obern und unteren Einspannung 1 bzw. 2 für eine vertikal ausge richteten Faser 3, wobei die untere Einspannung um ein konzen trisch um die Faserachse wirkendes Kugellager 4 drehbar gelagert ist und über eine Welle 5 zur Aufbringung eines Drehmomentes auf die Einzelfaser angetrieben ist. Die obere Einspannung ist dage gen ggf. unter Verwendung eines Adapters 7 mit der geometrischen Mitte 8 einer elastischen Messfeder 9 starr verbunden, welche sich mit den Endstücken auf feste Widerlager 10 aufstützt und dort in jede Richtung dreh- und kippbar fixiert ist.The inventive device of both embodiments be, as shown in FIGS. 1 and 2a and b, from an upper and lower clamping 1 and 2 for a vertically oriented fiber 3 , the lower clamping by a concentric acting around the fiber axis Ball bearing 4 is rotatably supported and is driven via a shaft 5 for applying a torque to the single fiber. The upper clamping is rigidly connected, if necessary, using an adapter 7 to the geometric center 8 of an elastic measuring spring 9 , which is supported with the end pieces on fixed abutments 10 and is rotatably and tiltably fixed there in any direction.
Die zylindrische Faser 3 ist an beiden Enden in die oberen und der unteren Einspannung 1 bzw. 2 eingeklemmt oder bei sehr ge ringen Durchmessern eingeklebt. Im Falle einer Klebung ist die Einspannung eine Hülse mit Bohrung, in die die Faserenden mit dünnflüssigem Epoxidharz eingegossen werden und nach Aushärtung fixiert sind. Während des Aushärtevorgangs kann es durch Schrum pfung des Harzes zu axialen Verschiebungen und damit zu einer exzentrischen Einspannung kommen.The cylindrical fiber 3 is clamped at both ends in the upper and lower clamping 1 or 2 or glued in at very low ring diameters. In the case of gluing, the clamping is a sleeve with a bore, into which the fiber ends are poured with a thin epoxy resin and are fixed after curing. During the curing process, shrinkage of the resin can lead to axial displacements and thus to eccentric clamping.
Die Messfeder 9 der ersten Ausführungsform besteht, wie in Fig. 1a und b dargestellt, aus einem rechteckigem Blechstreifen 11, welcher symmetrisch zur Mitte (8) beidseitig jeweils um 90° in gleiche Richtung verdrillt ist, wobei der mittlere Bereich 12 des Blechstreifens parallel und die beiden Enden 13 des Blech streifens senkrecht zu der zu prüfenden Faser ausgerichtet sind. Auf der ebenen Fläche des mittleren Bereichs 12 sind auf zwei Stellen jeweils auf beiden Seiten des Blechstreifens symmetrisch zu der geometrischen Mitte 8 insgesamt vier Dehnungsmessstreifen (DMS) 14 für die Torsionsmessung appliziert, welche parallel zu der Längsachse des Blechstreifens ausgerichtet und zu einer DMS- Vollbrückenschaltung gemäß Fig. 3a und b zur Messung der Tor sion in der zu prüfenden Faser verschaltet sind. Ferner sind auf den ebenen Bereichen nahe den beiden Enden 13 symmetrisch zu der Mitte 8 je ein weiterer DMS 15 für die Axialkraftmessung einsei tig auf den Blechstreifen appliziert, welche ebenfalls parallel zu der Längsachse des Blechstreifens ausgerichtet und gemeinsam mit zwei Festwiderständen 18 zu einer DMS-Diagonalbrückenschal tung gemäß Fig. 5a und b zur Messung der Axialkräfte in der zu prüfenden Faser verschaltet sind.The measuring spring 9 of the first embodiment consists, as shown in Fig. 1a and b, of a rectangular sheet metal strip 11 , which is twisted symmetrically to the center ( 8 ) on both sides by 90 ° in the same direction, the central region 12 of the sheet metal strip parallel and the two ends 13 of the metal strip are aligned perpendicular to the fiber to be tested. On the flat surface of the central area 12 , a total of four strain gauges (DMS) 14 are applied for the torsion measurement at two points on both sides of the sheet metal strip symmetrically to the geometric center 8 , which are aligned parallel to the longitudinal axis of the sheet metal strip and to a full-bridge strain gauge circuit according to FIG. 3a and b for the measurement of target sion in the fiber to be tested are connected. Furthermore, on the flat areas near the two ends 13 symmetrically to the center 8 , another strain gauge 15 for axial force measurement is applied on one side to the sheet metal strip, which is also aligned parallel to the longitudinal axis of the sheet metal strip and together with two fixed resistors 18 to form a strain gauge. Diagonal bridge TIC shown in FIG. 5a and b for the measurement of the axial forces in the fiber to be tested are connected.
Die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2a und b der Vorrichtung unterscheidet sich in charakteristischer Weise von der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1a und b durch die Messfeder. Diese besteht nicht wie in der ersten Ausführungsform aus einem zwei fach verdrillten Blechstreifen, sondern setzt sich aus drei ebe nen, d. h. unverdrillten Blechstreifen, welche hintereinander angeordnet durch Zwischenstücke 16 im Winkel von 90° zum jeweils angrenzenden Blechstreifen miteinander verbunden sind, zusammen. Die Messfeder ist entsprechend der ersten Ausführungsform mit DMS für die Torsionsmessung 14 und für die Axialkraftmessung 15 versehen. Keine charakteristische Besonderheit der zweiten Aus führungsform, jedoch eine alternative Ausgestaltung für beide Ausführungsformen ist die in Fig. 2a dargestellte direkte Fi xierung der oberen Einspannung 1 an die Messfeder 9 ohne Adapter 7 sowie die Applizierung von zwei zusätzlichen DMS 17 für die Axialkraftmessung auf den den DMS zur Axialkraftmessung 15 ge genüberliegenden Seiten des Blechstreifen (vgl. Fig. 2a und 4 a). Die DMS 15 und 17 sind für die Messung der Axialkraft über eine DMS-Vollbrückenschaltung (vgl. Fig. 4a und b) miteinander verschaltet.The second embodiment according to Fig. 2a and b of the device differs in a characteristic manner from the first embodiment shown in FIG. 1a and b by the measuring spring. This does not consist of a two-fold twisted sheet metal strip, as in the first embodiment, but is composed of three flat, ie untwisted sheet metal strips, which are arranged one behind the other by connecting pieces 16 at an angle of 90 ° to the adjacent sheet metal strip. According to the first embodiment, the measuring spring is provided with strain gauges for the torsion measurement 14 and for the axial force measurement 15 . No characteristic peculiarity of the second embodiment, but an alternative embodiment for both embodiments is the direct fi xing of the upper clamping 1 to the measuring spring 9 without adapter 7 shown in FIG. 2a and the application of two additional strain gauges 17 for the axial force measurement on the DMS for axial force measurement 15 opposite sides of the sheet metal strip (see. Fig. 2a and 4 a). The strain gauges 15 and 17 are connected to one another for the measurement of the axial force via a strain gauge full bridge circuit (cf. FIGS. 4a and b).
Das Material und/oder die Dicke des Bleches gibt die Nachgiebig keit und damit die Empfindlichkeit der Messfeder 9 vor. Hier zeigt sich der Vorteil der zweiten Ausführungsform, bei der es möglich wird, bei individueller Auswahl der drei Einzelbleche die Biege- und die Verwindungssteifigkeiten für die Torsions- und die Axialzugbelastung separat (durch Wahl der Blechdicken, der geometrischen Abmessungen und des Elastizitätsmoduls) ein zustellen.The material and / or the thickness of the sheet gives the flexibility and thus the sensitivity of the measuring spring 9 . This shows the advantage of the second embodiment, in which it is possible to set the bending and torsional stiffnesses for the torsional and axial tensile loads separately (by choosing the sheet thicknesses, the geometric dimensions and the modulus of elasticity) when the three individual sheets are selected individually ,
Die Fig. 3 bis 5a geben prinzipiell die Verformungszustände der Messfeder 9 auf den Widerlagern 10 aufgrund einer in der Mitte angreifenden Kraft oder eines Drehmomentes in den mit den Pfeilen vorgegebenen Belastungsrichtungen 19 wieder. Die appli zierten DMS 14 bis 15, welche bei der Belastung durch die Blech biegung elongiert, dargestellt mit einem Plus-Zeichen, oder ge staucht, dargestellt mit einem Minus-Zeichen, werden, sind dabei zu den in den Fig. 3 bis 5b dargestellten DMS-Brückenschal tungen verschaltet. Die Fig. 3 und 4b zeigen dabei eine DMS- Vollbrückenschaltung, bei den alle vier Brückenarme mit aktiven DMS geschaltet sind, während bei der in Fig. 5b dargestellten DMS-Diagonalbrückenschaltung zwei der aktiven DMS durch Festwi derstände 18 ersetzt sind. Für eine bessere Zuordnung der appli zierten DMS 14 bis 16 gemäß den Fig. 3 bis 5a zu den Schalt plänen gemäß den Fig. 3 bis 5b sind diese Bezugszeichen mit einer zusätzlichen, in Klammer angegebenen Nummerierung verse hen. Zur Auslegung der DMS-Brückenschaltung, Weiterverarbeitung des Messsignals 20 sowie zu den angelegten Brückenspannungen 21 wird auf den allgemein bekannten Stand der Technik verwiesen. FIGS. 3 to 5 give, in principle, the deformation states of the measuring spring 9 on the abutments 10 due to a force acting in the center or a torque in the load directions predetermined by the arrows 19 again. The appli ed strain gauges 14 to 15 , which are elongated when loaded by the sheet metal bend, shown with a plus sign, or compressed, shown with a minus sign, are among those shown in FIGS. 3 to 5b Strain gauge bridge circuits connected. FIGS. 3 and 4b show here a strain gage full bridge circuit, are connected in all four bridge arms with active DMS, while in Fig. 5b shown in the DMS-diagonal bridge circuit, two of the active strain gauge resistors by Festwi are replaced 18th For a better allocation of the appli ed DMS 14 to 16 according to FIGS. 3 to 5 to the circuit diagrams shown in FIGS. 3 to 5b, these reference numerals with an additional, specified in brackets numbering shipping hen. For the design of the strain gauge bridge circuit, further processing of the measurement signal 20 and the applied bridge voltages 21 , reference is made to the generally known prior art.
Die beschriebene DMS-Anordnung für die Torsionsmessung gemäß Fig. 3a und b gestattet es, das Torsionsmoment unbeeinflusst von überlagerten (ungewollten) Biegeanteilen, wie sie bei nicht- fluchtenden Achsen des Antriebsmotors, der Probe und des Aufneh mers entstehen können, zu bestimmen. Durch Vertauschen der DMS 14(3) und 14(4) gemäß Fig. 3b bei sonst unveränderter Verschal tung der DMS 14 lässt sich die Störung auch quantifizieren.The described strain gauge arrangement for the torsion measurement according to FIGS . 3a and b allows the torsional moment to be determined unaffected by superimposed (unwanted) bending components, such as can arise in the case of non-aligned axes of the drive motor, the sample and the receiver. By interchanging strain gauges 14 ( 3 ) and 14 ( 4 ) according to FIG. 3b with otherwise unchanged connection of strain gages 14 , the fault can also be quantified.
Eine ggf. gewollte Überlagerung einer Axialzugbelastung zusätz lich zu einer Torsionsbeanspruchung lässt sich z. B. durch die Wahl eines in den Endbereichen dickeren Blattfederelements (erste Ausführungsform), durch dickere Einzelbleche für die End bereiche (zweite Ausführungsform) oder durch Verschiebung der Widerlager 10 parallel zur Faser (mehrere mm) von der unteren Einspannung 2 weg realisieren oder beeinflussen. Es können somit relativ einfach mehrachsige Spannungszustände durch Überlage rung von Torsion und Zug erzielt werden.A possibly desired superimposition of an axial tensile load in addition to a torsional stress can, for. B. by choosing a thicker in the end areas leaf spring element (first embodiment), by thicker individual sheets for the end areas (second embodiment) or by moving the abutment 10 parallel to the fiber (several mm) from the lower clamping 2 away or influence. Multi-axis stress states can thus be achieved relatively easily by superimposing torsion and tension.
Der Antrieb für die Vorrichtung, als solcher in den Fig. 1 und 2a/b nicht dargestellt, ist schematisch als Pfeil 6 in Ro tationsrichtung angedeutet. Für diesen Zweck eignen sich vor zugsweise langsam drehende Elektrogetriebemotoren oder Servo antriebe.The drive for the device, as such not shown in FIGS . 1 and 2a / b, is indicated schematically as arrow 6 in the direction of rotation. For this purpose, preferably slowly rotating electric geared motors or servo drives are suitable.
Mit der beschriebenen Vorrichtung lässt sich so mit einem einfa chen und einfach zu fertigenden experimentellen Aufbau nicht nur in vorteilhafter Weise Torsion und Axialkraftverlauf simultan und voneinander ausgekoppelt verfolgen, sondern auch durch Aus tausch der Messfeder in sehr kurzer Zeit individuell auf be stimmte Fasereigenschaften einstellen. With the device described can be so with a simple and easy to manufacture experimental setup not only advantageously torsion and axial force curve simultaneously and pursue them uncoupled, but also by off the measuring spring can be individually replaced in a very short time set the right fiber properties.
11
obere Einspannung
upper restraint
22
untere Einspannung
lower restraint
33
Faser
fiber
44
Kugellager
ball-bearing
55
Welle
wave
66
Pfeil
arrow
77
Adapter
adapter
88th
Mitte
center
99
Messfeder
measuring spring
1010
Widerlager
abutment
1111
Blechstreifen
metal strip
1212
Mittlere Bereich
Middle area
1313
Ende
The End
1414
DMS für die Torsionsmessung
Strain gauge for torsion measurement
1515
DMS für die Axialkraftmessung
Strain gauge for axial force measurement
1616
Zwischenstück
connecting piece
1717
Zusätzliche DMS
Additional strain gauges
1818
Festwiderstand
fixed resistor
1919
Belastungsrichtung
load direction
2020
Messsignal
measuring signal
2121
Brückenspannung
bridge voltage
Claims (5)
- a) einer Messfeder(9), bestehend aus einem rechteckigem Blechstreifen, welcher symmetrisch zur Mitte (8) beidsei tig jeweils um 90° in gleiche Richtung verdrillt ist, wo bei die Mitte des Blechstreifens parallel zu der zu prü fenden Faser (3) und die beiden Enden (13) des Blechstrei fens senkrecht zu der zu prüfenden Faser (3) ausgerichtet sind, der Blechstreifen mit den beiden Enden (13) jeweils auf einem Widerlager (10) senkrecht zu der zu prüfenden Faser aufliegt, dort in jede Richtung dreh- und kippbar fixiert ist und auf den ebenen Bereichen jeweils vor und hinter der beiden Verdrillungen symmetrisch zur Mitte mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen ist,
- b) einer oberen Einspannung (1) für die Faser (3), welche parallel zur Mitte (8) der Messfeder (9) ausgerichtet in der Mitte der Messfeder steif fixiert ist,
- c) einer unteren Einspannung (2) für die Faser (3), welche um die Faserachse drehbar gelagert und zum Aufbringen eines Drehmomentes auf die Faser motorisch angetrieben ist.
- a) a measuring spring ( 9 ) consisting of a rectangular sheet metal strip, which is symmetrical to the center ( 8 ) on both sides twisted by 90 ° in the same direction, where at the center of the sheet metal strip parallel to the fiber to be tested ( 3 ) and the two ends ( 13 ) of the Blechstrei fens are aligned perpendicular to the fiber to be tested ( 3 ), the sheet metal strip with the two ends ( 13 ) rests on an abutment ( 10 ) perpendicular to the fiber to be tested, turn there in any direction - is tiltably fixed and is provided with strain gauges (strain gauges) on the flat areas in front of and behind the two twists symmetrically to the center,
- b) an upper clamping ( 1 ) for the fiber ( 3 ), which is oriented parallel to the center ( 8 ) of the measuring spring ( 9 ) and rigidly fixed in the center of the measuring spring,
- c) a lower clamping ( 2 ) for the fiber ( 3 ), which is rotatably mounted about the fiber axis and is motor-driven to apply a torque to the fiber.
- a) einer Messfeder (9) aus drei, um jeweils 90° zueinander hintereinander angeordneten unverdrillten Blechstreifen mit entsprechenden Zwischenstücken (16), wobei die Mess feder mit DMS (14, 15, 17) appliziert ist und mit diesen eine zur Mitte (8) der Messfeder gerichtete Symmetrie aufweist, wobei der Blechstreifen in der Mitte der Mess feder parallel zu der zu prüfenden Faser (3) und die Blechstreifen an den beiden Enden (13) der Messfeder senkrecht zu der zu prüfenden Faser (3) ausgerichtet sind, die Messfeder mit den beiden Enden (13) jeweils auf einem Widerlager (10) senkrecht zu der zu prüfenden Faser aufliegt, dort in jede Richtung dreh- und kippbar fixiert ist und auf den ebenen Bereichen jeweils vor und hinter der beiden Verdrillungen symmetrisch zur Mitte mit Deh nungsmessstreifen (DMS) versehen ist,
- b) einer obere Einspannung (1) für die Faser (3), welche parallel zur Mitte (8) der Messfeder (9) ausgerichtet in der Mitte der Messfeder steif fixiert ist,
- c) einer unteren Einspannung (2) für die Faser (3), welche um die Faserachse drehbar gelagert und zum Aufbringen ei nes Drehmomentes auf die Faser motorisch angetrieben ist.
- a) a measuring spring ( 9 ) made of three untwisted sheet metal strips arranged one behind the other by 90 ° with corresponding intermediate pieces ( 16 ), the measuring spring being applied with strain gauges ( 14 , 15 , 17 ) and with these one towards the center ( 8 ) the measuring spring has symmetry, the metal strip in the middle of the measuring spring parallel to the fiber to be tested ( 3 ) and the metal strips at the two ends ( 13 ) of the measuring spring perpendicular to the fiber to be tested ( 3 ), the measuring spring with the two ends ( 13 ) each on an abutment ( 10 ) perpendicular to the fiber to be tested, there is rotatably and tiltably fixed in each direction and on the flat areas in front of and behind the two twists symmetrically to the center with strain gauges (DMS) is provided,
- b) an upper clamping ( 1 ) for the fiber ( 3 ), which is fixed parallel to the center ( 8 ) of the measuring spring ( 9 ) and rigidly fixed in the center of the measuring spring,
- c) a lower clamping ( 2 ) for the fiber ( 3 ), which is rotatably mounted about the fiber axis and is motor-driven to apply a torque to the fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000158498 DE10058498C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000158498 DE10058498C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10058498A1 DE10058498A1 (en) | 2002-06-13 |
| DE10058498C2 true DE10058498C2 (en) | 2002-10-24 |
Family
ID=7664593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2000158498 Expired - Fee Related DE10058498C2 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10058498C2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006044522A1 (en) * | 2006-09-23 | 2008-04-17 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Device for determining torsional moments in the submicronewtonmeter range |
| DE102015005146A1 (en) * | 2015-04-19 | 2016-10-20 | Technische Universität Dortmund | Test method and test device for the non-destructive determination of strength and / or deformation relevant material characteristics of a sheet metal component to be tested on the basis of the plane torsion test |
| PL232564B1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-06-28 | Instytut Mech Precyzyjnej | Method for carrying out, and a station for strength tests of spatially complex structures, including the bone tissues |
| CN111024485B (en) * | 2019-11-28 | 2021-06-04 | 上海交通大学 | Parameter level sensitivity analysis method for fiber reinforced composite material |
| CN112255129B (en) * | 2020-10-22 | 2023-06-27 | 江苏理工学院 | External torsion loading device of vascular stent |
| CN113203639A (en) * | 2021-04-21 | 2021-08-03 | 华中科技大学 | Torsion testing device for microscale material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1828549U (en) * | 1960-11-21 | 1961-03-23 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | TORSION TESTING MACHINE TO DETERMINE THE STRENGTH AND DEFORMATION PARAMETERS, IN PARTICULAR HARD MATERIALS. |
| US4875375A (en) * | 1989-03-03 | 1989-10-24 | University Of Iowa Research Foundation | Axial-torsional extensometer |
| US5460052A (en) * | 1994-07-28 | 1995-10-24 | University Of Massachusetts Lowell | Apparatus and method for measuring composite interface properties |
-
2000
- 2000-11-24 DE DE2000158498 patent/DE10058498C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1828549U (en) * | 1960-11-21 | 1961-03-23 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | TORSION TESTING MACHINE TO DETERMINE THE STRENGTH AND DEFORMATION PARAMETERS, IN PARTICULAR HARD MATERIALS. |
| US4875375A (en) * | 1989-03-03 | 1989-10-24 | University Of Iowa Research Foundation | Axial-torsional extensometer |
| US5460052A (en) * | 1994-07-28 | 1995-10-24 | University Of Massachusetts Lowell | Apparatus and method for measuring composite interface properties |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JP 07-333126 A CD-ROM Pat Abstract of Japan * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10058498A1 (en) | 2002-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2293040B1 (en) | Method and device for checking a sample body by combined rotational bending and torsion loading | |
| EP2330399A1 (en) | System for testing the operational integrity of a sample subject, in particular for a wheelset of railway vehicles | |
| EP2462422B1 (en) | Device for performing component and material tests on samples | |
| CH697712B1 (en) | Device for the simultaneous measurement of forces. | |
| DE10058498C2 (en) | Device for determining the torsional moment and the axial force in torsion tests on thin fibers | |
| WO2011157261A2 (en) | Method for low-vibration optical force measurement, in particular at high temperatures | |
| DE102011007350B4 (en) | Sensor for the tactile measurement of forces and moments | |
| EP1903326B1 (en) | Device for determining torsional moments in the submicron Newton metre range | |
| DE102007040747A1 (en) | Force sensor calibrating device for rolling or drum test stands, has measuring device interconnected between spring set and pressure connecting rod or spindle or driving motor or cardanic joint, where load cell is used as measuring device | |
| EP1466157B1 (en) | Device for low-vibration force measurement in rapid dynamic tensile experiments on material samples | |
| DE2802176A1 (en) | Strain gauge force transducer - measures deformation of body using gauges with long and short grids | |
| EP2866014A1 (en) | Method and device for validating a tension measurement device for a wheel set of a railway vehicle | |
| DE4204589A1 (en) | MATERIALS TEST DEVICE FOR TENSION OR PRESSURE TESTS | |
| DE2433223A1 (en) | Dynamometer operating by measurement of sensor deformation - has test grid delivering test values as functions of strain | |
| DE10138846B4 (en) | Rolling test stand for tires or rims | |
| DE3149986C2 (en) | Test method and device for determining the fracture parameters of materials or construction elements subjected to shock loads | |
| DE3330974A1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE STATIC UNBALANCE OF A TEST BODY | |
| DE10303884B4 (en) | Pendulum impact tester for performing an instrumented Izod pendulum impact test | |
| DE2053657C3 (en) | Device for vibration testing of material samples | |
| DE10238077A1 (en) | Standard torque measurement unit for standards institute calibration of torque measurement equipment has lever arms with strain gauges and force sensors | |
| AT403627B (en) | Roller test stand for motor vehicles | |
| EP2720021A2 (en) | Force measuring device | |
| CH640048A5 (en) | Strainometer | |
| DE3643724A1 (en) | Strain gauge | |
| DE3527709C2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE, 76131 KA, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |