DE102005028540B4 - Dehnungsmesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Dehnungsmesseinrichtung mit einer Vorrichtung zur rückwirkungsarmen Montage auf einer Bauteiloberfläche, bestehend aus einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen mit direktem Kontakt zur Bauteiloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck über einen Schnappverschluss, über eine Trägerplatte und über ein elastisches Anpresskissen auf den oder die Dehnungsmessstreifen aufgebracht wird, und dass der Schnappverschluss aus wenigstens einem Federbügel besteht, der an seinem einen Ende auf der Bauteiloberfläche befestigt ist und an dessen anderem Ende die Trägerplatte eingeschnappt ist, und dass der Federbügel in der Ebene der Bauteiloberfläche eine geringe Steifigkeit aufweist im Verhältnis zur Steifigkeit in Richtung des Anpressdrucks, so dass eine geringe Kraft infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Trägerplatte und Bauteiloberfläche entsteht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Dehnungsmesseinrichtung mit der eine spannungsarme und rückwirkungsfreie Montage erzielt wird.
• Zur Reduzierung des Aufwandes bei der Installation von Dehnungsmessstreifen werden vorgefertigte Dehnungsmesseinrichtungen eingesetzt. Diese Dehnungsmesseinrichtungen enthalten einen Dehnungsmessstreifen, der zum Beispiel auf einem Federkörper geklebt und verdrahtet ist, und enthalten einen Schutz gegen Umwelteinflüsse wie z.B. Feuchte. Sie sind mit einem Anschlusskabel mit einer Zugentlastung oder mit einem Steckverbinder ausgestattet.
• Derartige Dehnungsmesseinrichtungen können somit mit einem geringen Aufwand form- oder kraftschlüssig auf einem Bauteil, z.B. auf einem Stahlträger eines Silos oder einer Brücke, befestigt werden.
• Die Nachteile der indirekten Messung der Dehnung mit Hilfe von Dehnungsmesseinrichtungen, die einen mit Dehnungsmessstreifen bestückten Federkörper enthalten, sind z.B. in der Offenlegungsschrift DE 198 38 349 A1 beschrieben.
• Zur Reduzierung der Fehler aufgrund der durch den Kraftnebensehluss bedingten Rückwirkung des Federkörpers wurden in der Offenlegungsschrift DE 25 43 435 und in der Offenlegungsschrift DE 198 38 349 A1 Dehnungsmesseinrichtungen beschrieben, die mit Hilfe einer Anpressvorrichtung den Dehnungsmessstreifen direkt mit der Oberfläche des Bauteils in Kontakt bringen. Weiterhin ist aus FR 20 30 022 eine Vorrichtung mit Schnappverschluss bekannt.
• Mit einer derartigen Dehnungsmesseinrichtung wird eine höhere Genauigkeit erzielt gegenüber einer Dehnungsmesseinrichtung, die einen Federkörper im Kraftnebenschluss enthält, da insbesondere die Kompensationseigenschaften der Wheatstoneschen Vollbrücke ausgenutzt werden und geringere Kräfte infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Federkörper und Bauteil entstehen.
• Durch die Befestigung der Dehnungsmesseinrichtung auf dem Bauteil entsteht jedoch eine Rückwirkung auf das Messergebnis. Die Höhe der Rückwirkung ist abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des Gehäuses, von der Ausgestaltung des Bauteils und von der Art der Befestigung der Dehnungsmesseinrichtung auf dem Bauteil.
• Da bei den beschriebenen Dehnungsmesseinrichtungen ohne Federkörper ein Anpressdruck mindestens während der Aushärtung des Klebstoffes aufgewendet werden muss, wird das Gehäuse der Dehnungsmesseinrichtung z.B. mit dem Bauteil verschraubt.
• Sowohl über die Gewindebohrungen, als auch über den Kraftnebenschluss des Gehäuses entstehen unerwünschte Rückwirkungen auf das Messergebnis.
• Weitere Funktionen des Gehäuses sind z.B. die Zugentlastung des Anschlusskabels und die Abdichtung des Dehnungmessstreifens gegenüber Umwelteinflüssen. Diese erwünschten Funktionen einer Dehnungsmesseinrichtung sind mit Nachteilen in Bezug auf die Messgenauigkeit verbunden aufgrund von Rückwirkungen durch das Gehäuse im Kraftnebenschluss, aber auch durch Änderungen der Spannungsverteilung durch Gewindebohrungen oder durch Schweißnähte oder durch Nietverbindungen etc.
• Mit moderner Messelektronik werden Messsignale von Dehnungsmessstreifen bis zur physikalisch möglichen Auflösungsgrenze dargestellt. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten zur Kosteneinsparung in der Wägetechnik, wenn Bauteile wie. z.B. Stahlträger durch die Anbringung einer Dehnungsmesseinrichtung zur Verwiegung eingesetzt werden. Aufgrund der geringen mechanischen Verformung gegenüber der mechanischen Verformung des Federkörpers einer Wägezelle muss auch der Einfluss von Störungen, z.B. infolge Rückwirkungen durch Kraftnebenschluss, entsprechend gering gehalten werden.
• Mit der Erfindung wird die Montage einer Dehnungsmesseinrichtung angegeben, die den Messfehler infolge von Rückwirkung durch die Dehnungsmesseinrichtung selbst oder durch deren Montage reduziert. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Der bisherige Vorteil der Zeitersparnis beim Einsatz einer Dehnungsmesseinrichtung bleibt erhalten. Zusätzlich werden mit der Erfindung weitere Vorteile ermöglicht, die sich aus der Trennung von Gehäuse und Anpressvorrichtung ergeben, wie z.B. die Reduzierung von Kontaktstellen, indem auf einen Steckverbinder verzichtet werden kann. Außerdem sind durch die getrennte Montage des Gehäuses die Möglichkeiten der Wartung, der Prüfung einzelner Messgitter, des Abgleichs der Wheatstonschen Brücke bezüglich Nullpunkt und Drift, gegeben. Die Anpresskraft für die Dehnungsmesseinrichtung mit Vorrichtung zur Montage wird an zwei z.B. gegenüberliegenden Kanten durch einen Schnappverschluss in der Art eines Federbügels aufgebracht. Die Dehnungsmesseinrichtung enthält einen einzelnen oder mehrere Dehnungsmessstreifen, ein Anpresskissen und eine Trägerplatte. Die Trägerplatte ist z.B. eine Leiterplatte mit elektrischen Anschlüssen für Anschlusskabel oder für Kompensationswiderstände.
• Die Federbügel haben die Eigenschaft, dass sie in Anpressrichtung eine sehr viel höhere Steifigkeit aufweisen gegenüber den dazu senkrechten Richtungen in der Ebene des Dehnungsmessstreifens. Dies geschieht z.B. durch konstruktive Ausgestaltung, indem der Hebelarm des Federbügels in Anpressrichtung lang ist gegenüber den Hebelarmen senkrecht zur Anpressrichtung.
• Der Schnappverschluss wird vor dem Einrasten der Dehnungsmesseinrichtung auf die Bauteiloberfläche z.B. geklebt oder mit einer Punktschweißverbindung angeheftet.
• Auch das Anschrauben des Schnappverschlusses ist möglich, da der Abstand der Federbügel beliebig groß gewählt werden kann, im Gegensatz zum Abstand der Befestigungsbohrungen bei bisher bekannten Dehnungsmesseinrichtungen, da mit größerem Abstand die Rückwirkung aufgrund unterschiedlicher Materialausdehnungskoeffizienten von Gehäuse und Bauteil steigt.
• Nach dem Anbringen des Schnappverschlusses wird die Dehnungsmesseinrichtung montiert durch Einrasten, wodurch der für die Aushärtung des Klebstoffs erforderliche Anpressdruck entsteht.
• Da das Gehäuse von der Dehnungsmesseinrichtung getrennt ist, besteht nun die Möglichkeit der Prüfung und des Abgleichs der Dehnungsmesseinrichtung.
• Die Litzen des Anschlusskabel können z.B. direkt auf die Trägerplatte der Dehnungsmesseinrichtung aufgelötet werden, sofern diese entsprechende Lötflächen enthält. Die Trennung von Dehnungsmesseinrichtung und Anschlusskabel bei gleichzeitiger Einsparung eines Steckverbinders ist ein weiterer Vorteil der beschriebenen Dehnungsmesseinrichtung mit Vorrichtung zur Montage.
• Bei geeigneter Ausgestaltung des Schnappverschlusses, z.B. als doppelseitig wirkender Schnappverschluss, kann das Gehäuse in gleicher Weise wie die Dehnungsmesseinrichtung montiert werden.
• Das Gehäuse kann z.B. eine Kabeldurchführung enthalten, durch die das Anschlusskabel geführt und zugentlastet wird.
• Die rückwirkungsarme Dichtfunktion des Gehäuses wird z.B. durch eine Silikonraupe erzielt, mit der die Gehäusekanten vor der Montage auf die Schnappverschlüsse eingestrichen werden.
• Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung 1 näher erläutert:
  Die Dehnungsmesseinrichtung besteht aus Trägerplatte (1), elastisches Anpresskissen (2), Dehnungsmessstreifen (3) und Verdrahtung (4).
• Der Schnappverschluss besteht z.B. aus zwei doppelseitigen Federbügeln (5), die auf der Bauteiloberfläche (6) z.B. aufgeklebt sind und den Anpressdruck erzeugen, über den das elastische Anpresskissen (2) den Dehnungsmessstreifen (3) auf die Bauteiloberfläche (6) drückt.
• Der Schnappverschluss (5) ist biegeweich in der Ebene der der Trägerplatte, so dass die thermische Ausdehnung der Trägerplatte ohne Rückwirkung auf die Bauteiloberfläche erfolgen kann.
• Der Schnappverschluss (5) dient gleichzeitig zur Montage des Gehäuses (7).

Claims (4)

1. Dehnungsmesseinrichtung mit einer Vorrichtung zur rückwirkungsarmen Montage auf einer Bauteiloberfläche, bestehend aus einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen mit direktem Kontakt zur Bauteiloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck über einen Schnappverschluss, über eine Trägerplatte und über ein elastisches Anpresskissen auf den oder die Dehnungsmessstreifen aufgebracht wird, und dass der Schnappverschluss aus wenigstens einem Federbügel besteht, der an seinem einen Ende auf der Bauteiloberfläche befestigt ist und an dessen anderem Ende die Trägerplatte eingeschnappt ist, und dass der Federbügel in der Ebene der Bauteiloberfläche eine geringe Steifigkeit aufweist im Verhältnis zur Steifigkeit in Richtung des Anpressdrucks, so dass eine geringe Kraft infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Trägerplatte und Bauteiloberfläche entsteht.
2. Dehnungsmesseinrichtung mit einer Vorrichtung zur rückwirkungsarmen Montage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Dehnungsmesseinrichtung und die Dehnungsmesseinrichtung getrennt montiert werden.
3. Dehnungsmesseinrichtung mit einer Vorrichtung zur rückwirkungsarmen Montage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnappverschluss zur Montage der Dehnungsmesseinrichtung und zur Montage des Gehäuses eingesetzt wird.
4. Dehnungsmesseinrichtung mit einer Vorrichtung zur rückwirkungsarmen Montage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte Anschlüsse für passive und/oder aktive elektronische Bauelemente oder für Anschlüsse zum Testen des Dehnungsmessstreifens und für die Litzen des Anschlusskabels enthält.