DE102011009684A1 - Partially exchangeable support system for strain gauge for long-term controlling and/or monitoring machine, has assembly support connected with component surface with adhesive bond to transfer component strain/compression to gauge support - Google Patents

Partially exchangeable support system for strain gauge for long-term controlling and/or monitoring machine, has assembly support connected with component surface with adhesive bond to transfer component strain/compression to gauge support Download PDF

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Abstract

The system has a strain gauge support (1) and an assembly support (2) that is made up of an arbitrary material. The supports are detachably connected with each other for an application of necessary support geometry and an application of necessary equipment with the gauge support by machine-structural sense releasable connection part. The assembly support is connected with a component surface (3) with a machine-structural sense non releasable adhesive bond (4) to enable component strain or component compression and transfer component strain or compression to the gauge support.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Dehnungsmessstreifen (DMS), bestehend aus einer Folie und einem el. Widerstand, werden ihrer Bezeichnung entsprechend verwendet, um Dehnungen in Bauteilen zu messen.Strain gages (DMS), consisting of a foil and an el. Resistor, are used according to their designation to measure strains in components.

Dabei wird der physikalische Effekt genutzt, dass ein el. Leiter seinen Widerstand steigert, wenn er gelängt wird und dabei seinen Querschnitt verringert. Sowohl die größere Länge als auch der geringere Querschnitt erhöhen den el. Widerstand. Wird der el. Leiter gestaucht und verdickt sich dabei, nimmt der Widerstand des el. Leiters ab. Der Vorgang ist nahezu linear.The physical effect is used that an el. Conductor increases its resistance when it is elongated while reducing its cross-section. Both the longer length and the smaller cross section increase the el. Resistance. If the el. Conductor is compressed and thickened, the resistance of the el. Conductor decreases. The process is almost linear.

Um den Effekt nutzbar zu machen, werden sehr dünne el. Leiter auf nicht leitende Folien aufgebracht. Die Folie zusammen mit dem el. Widerstand wird als DMS bezeichnet. Die DMS werden in der Regel auf die Bauteiloberfläche (3) geklebt. Wird das Bauteil (3) gestaucht oder gedehnt, folgt der DMS der Bauteilverformung und ändert die Länge und den Querschnitt der el. Leiter und deren el. Widerstand geringfügig. Die geringen Widerstandsänderungen der DMS werden mit einer Wheatstoneschen Messbrücke als Spannungsänderungen in mV gemessen und in einem weiteren Schritt in ein gut nutzbares Signal verstärkt.To make the effect usable, very thin el. Conductors are applied to non-conductive foils. The foil together with the el. Resistance is called DMS. The strain gages are usually applied to the component surface ( 3 ) glued. Is the component ( 3 ) is compressed or stretched, the strain gage follows the component deformation and slightly changes the length and the cross section of the el. conductors and their el. resistance. The small changes in the resistance of the strain gages are measured with a Wheatstone bridge as voltage changes in mV and amplified in a further step into a well usable signal.

Die Dehnung der Bauteiloberfläche wird um so besser erfasst, je geringer der Abstand der el. Leiter von der Bauteiloberfläche ist.The elongation of the component surface is better detected, the smaller the distance of the el. Conductor from the component surface.

Durch unterschiedliche Anordnung der DMS auf der Bauteiloberfläche und Verschaltung in der Wheatstoneschen Messbrücke können unterschiedliche Größen gemessen werden, wie Biegemoment, Längskraft, Drehmoment u. a. Mit gleicher Anordnung der DMS auf dem Bauteil kann durch unterschiedliche Verschaltung in der Wheatstoneschen Messbrücke z. B. das reine Biegemoment oder die reine Längskraft gemessen werden.By different arrangement of the strain gages on the component surface and interconnection in the Wheatstone bridge different sizes can be measured, such as bending moment, longitudinal force, torque u. a. With the same arrangement of the strain gages on the component can be achieved by different interconnection in the Wheatstone bridge z. B. the pure bending moment or the pure longitudinal force can be measured.

DMS haben mehrere Jahrzehnte Tradition und sind weit verbreitet.DMS have several decades of tradition and are widely used.

Die DMS zu kleben und zu verkabeln bedarf Sachkenntnis und Sorgfalt. An die Umgebungsbedingungen bei der Installation der DMS sind Anforderungen zu stellen.Bonding and wiring the strain gauges requires expertise and care. Requirements must be set for the environmental conditions during the installation of the strain gages.

Schlagworte sind gut vorbereitete Oberfläche, staubfrei, trocken, fettfrei und warm, eben alles was gutes Kleben erst möglich macht.Keywords are well-prepared surface, dust-free, dry, fat-free and warm, just everything that makes good bonding possible.

DMS werden für spezielle Anwendungen, um sie leichter montierbar zu machen, auf oder in DMS-Träger (1) geklebt, die sich bei nahezu allen Bedingungen direkt auf Bauteile (3) schrauben oder schweißen lassen. Die DMS-Träger (1) können so geformt sein, dass sich, zusammen mit der Verschaltung der DMS, Sensoren für spezielle Anwendungen ergeben, z. B. reine Längskraftsensoren, reine Torsionsmomentensensoren, reine Biegemomentensensoren und dererlei mehr.DMSs are used for special applications to make them easier to assemble on or in strain gage carriers ( 1 ) glued directly to components in almost all conditions ( 3 ) or weld. The strain gauges ( 1 ) can be shaped so that, together with the wiring of the strain gauges, sensors for special applications arise, for. B. pure longitudinal force sensors, pure Torsionsmomentensensoren, pure Biegemomentensensoren and dererlei more.

Zu kaufen sind auch Folien, in die die DMS eingeschlossen und zur Vollbrücke verschaltet sind (Schutzklasse IP66). Die Folien werden auf die Bauteiloberfläche geklebt und benötigen keinen weiteren Schutz der DMS gegen Umwelteinflüsse. Beide Anwendungen machen es möglich, die DMS-Sensoren in ”rauerer” Umgebung zu montieren.Films are also available in which the strain gauges are enclosed and interconnected to the full bridge (protection class IP66). The films are glued to the component surface and do not require any further protection of the strain gages against environmental influences. Both applications make it possible to mount strain gage sensors in a "harsher" environment.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

DMS haftet nicht ganz unberechtigt der Ruf an, dass sie eine begrenzte Lebensdauer haben. Auch ist es denkbar, dass selbst gekapselte DMS durch äußere Einwirkungen zerstört werden.DMS has no unwarranted reputation for having a limited life. It is also conceivable that self-enclosed strain gauges are destroyed by external influences.

Werden DMS zur dauerhaften Steuerung und/oder Überwachung von Maschinen genutzt, ist es wünschenswert, defekte DMS leicht und schnell tauschen zu können und dies auch unter Bedingungen, unter denen DMS nicht mehr neu geklebt werden können. Auch sollen nicht nur DMS-Spezialisten in der Lage sein, die DMS zu tauschen.If DMS are used for permanent control and / or monitoring of machines, it is desirable to exchange defective DMS easily and quickly, even under conditions under which strain gages can no longer be re-glued. Also, not only DMS specialists should be able to swap the DMS.

Die erwähnten schraubbaren DMS-Träger (1), in die die DMS geklebt und versiegelt sind, erfüllen diese Anforderung in idealer Weise.The above mentioned screwable strain gage supports ( 1 ) into which the strain gauges are glued and sealed fulfill this requirement in an ideal way.

Die Erstmontage der schraubbaren DMS-Träger (1) lässt sich deutlich vereinfachen, wenn die DMS-Träger (1) mit einem Montage-Träger (2) verbunden werden, der auf die Bauteiloberfläche (3) geklebt wird. Kleben hat den Vorteil, dass die Bauteiloberfläche (3) nicht an den DMS-Träger (1) angepasst werden muss. Werden in die Bauteiloberfläche (3) keine Gewinde oder Bohrungen eingebracht, entfällt die sich daraus ergebende Kerbwirkung, was bei dynamisch hoch belasteten Bauteilen (3) ein großer Vorteil ist oder die Anwendung erst ermöglicht.The initial installation of the screw-type strain gauge girders ( 1 ) can be significantly simplified if the strain gage supports ( 1 ) with a mounting support ( 2 ) connected to the component surface ( 3 ) is glued. Gluing has the advantage that the component surface ( 3 ) not to the DMS carrier ( 1 ) must be adjusted. Are in the component surface ( 3 ) introduced no thread or holes, eliminates the resulting notch effect, which in dynamically high loaded components ( 3 ) is a big advantage or makes the application possible.

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Aufbauend auf bekannten DMS-Trägern (1), die direkt mit der Bauteiloberfläche (3) verbunden werden, ist es Gegenstand der Erfindung, die DMS-Träger (1) nicht mehr direkt mit dem Bauteil (3) zu verbinden sondern auf bzw. in einen Montage-Träger (2) zu montieren, der auf das Bauteil (3) geklebt ist.Based on known strain gauges ( 1 ) directly connected to the component surface ( 3 ), it is the object of the invention to provide the strain gauges ( 1 ) no longer directly with the component ( 3 ) but on or in a mounting support ( 2 ) mounted on the component ( 3 ) is glued.

Daraus, dass der mit der Bauteiloberfläche (3) verbundene Montage-Träger (2) durch die Klebeschicht (4) nicht mehr optimal an die Bauteiloberfläche (3) angepasst werden muss und sich in einer Umgebung auf dem Bauteil (3) anbringen lässt, in der DMS nicht montiert werden können, und in einer mechanischen Werkstatt optimal an den DMS-Träger (1) angepasst werden kann, ergibt sich ein großer fertigungstechnischer und funktioneller Vorteil.From the fact that with the component surface ( 3 ) associated mounting supports ( 2 ) through the adhesive layer ( 4 ) no longer optimally to the component surface ( 3 ) and in an environment on the component ( 3 ), in which DMS can not be mounted, and in a mechanical workshop optimally to the DMS-carrier ( 1 ) can be adjusted, there is a great manufacturing and functional advantage.

In der Regel ist es einfacher, eine Umgebung zu schaffen, in der der Montage-Träger (2) auf der Bauteiloberfläche (3) angebracht werden kann, als eine Umgebung, unter der DMS geklebt werden können. Das Kleben des Montage-Trägers (2) ist deutlich schneller als das Kleben der DMS, wodurch Endmontagekosten an Maschinen mit hohen Stundensätzen sinken.As a rule, it is easier to create an environment in which the mounting carrier ( 2 ) on the component surface ( 3 ) as an environment under which DMS can be glued. Gluing the assembly carrier ( 2 ) is significantly faster than gluing the strain gages, which reduces final assembly costs on high hourly machines.

Mögliche Anwendungen sind DMS-Sensoren im Blattwurzelbereich von Rotorblättern von Windenergieanlagen, DMS im Turmfuß von Windenergieanlagen, DMS auf Maschinenständern großer Walzwerke, DMS auf Oberflächen, die nicht angebohrt werden dürfen und viele andere.Possible applications include blade root strain gauges for wind turbine rotor blades, wind turbine strain gauges for wind turbines, strain gages on machine stands of large rolling mills, strain gauges on non-drilled surfaces, and many others.

Eine konsequente Weiterentwicklung ist es, die bekannten DMS-Trägerplatten (1) mit einer ebenen Montage-Trägerplatte (2) zu verbinden und diese auf die Bauteiloberfläche (3) zu kleben, siehe .A consistent further development is the well-known DMS carrier plates ( 1 ) with a flat mounting support plate ( 2 ) and connect them to the component surface ( 3 ), see ,

Ausführungen, in der die DMS-Träger (1) spielfrei ohne weitere Maschinenelemente in die Montage-Träger (2) eingebettet sind, zeigen die . – bis .Embodiments in which the strain gages ( 1 ) without further machine elements into the mounting carrier (without 2 ) are embedded , - to ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
DMS-TrägerDMS-carrier
22
Montage-TrägerMounting substrate
33
Bauteil bzw. BauteiloberflächeComponent or component surface
44
nicht lösbare Verbindungnon-detachable connection
55
WärmeleitmittelThermal interface

Claims (4)

Teilweise tauschbares Trägersystem für DMS dadurch gekennzeichnet, dass ein DMS-Träger (1) und ein Montage-Träger (2) aus beliebigem Werkstoff mit für die Anwendung notwendiger Trägergeometrie und mit für die Anwendung notwendiger Ausstattung mit DMS durch eine im maschinenbaulichen Sinne lösbare Verbindung miteinander verbunden sind und der Montage-Träger (2) mit dem Bauteil (3) mit einer im maschinenbaulichen Sinne nicht lösbaren Klebeverbindung (4) verbunden ist, um der Bauteildehnung oder Bauteilstauchung zu folgen und auf den DMS-Träger (1) zu übertragen.Partially exchangeable carrier system for strain gages, characterized in that a strain gauge carrier ( 1 ) and a mounting carrier ( 2 ) are connected to one another from any material with carrier geometry necessary for the application and with equipment required for the application by means of a connection detachable in the mechanical engineering sense, and the mounting carrier ( 2 ) with the component ( 3 ) with a non-detachable in the mechanical engineering sense adhesive bond ( 4 ) to follow the component elongation or component immersion and to the strain gauge beam ( 1 ) transferred to. Teilweise tauschbares Trägersystem für DMS nach Anspruch 1 darüber hinaus gekennzeichnet, dass zwischen den DMS-Träger (1) und den Montage-Träger (2) ein Wärmeleitmittel (5) eingebracht wird.Partially exchangeable DMS carrier system according to claim 1, further characterized in that between the DMS carrier ( 1 ) and the mounting carrier ( 2 ) a heat conducting agent ( 5 ) is introduced. Teilweise tauschbares Trägersystem für DMS nach Anspruch 1 darüber hinaus gekennzeichnet, dass der DMS-Träger (1) und der Montage-Träger (2) so ausgeführt sind, dass sich ohne weitere Hilfsmittel (Maschinenelemente) zwischen den beiden Trägern eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ergibt.Partially exchangeable DMS carrier system according to claim 1, further characterized in that the DMS carrier ( 1 ) and the mounting carrier ( 2 ) are designed so that there is a non-positive and / or positive connection between the two carriers without further aids (machine elements). Teilweise tauschbares Trägersystem für DMS nach Anspruch 1 darüber hinaus gekennzeichnet, dass der DMS-Träger (1) und der Montage-Träger (2) sowohl aus gleichem als auch aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können.Partially exchangeable DMS carrier system according to claim 1, further characterized in that the DMS carrier ( 1 ) and the mounting carrier ( 2 ) can consist of the same as well as of different materials.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2351810A1 (en) * 1973-10-16 1975-04-24 Philips Patentverwaltung EXTENSION TRANSDUCER
US20050145044A1 (en) * 2004-01-06 2005-07-07 Dublin Wilbur L.Jr. Six degrees of freedom mirrored cantilever extensometer

Patent Citations (2)

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