DE102011083028A1

DE102011083028A1 - Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements auf einem Messobjekt

Info

Publication number: DE102011083028A1
Application number: DE201110083028
Authority: DE
Inventors: Hartmut Müller; Jan Kammann; Stefan Lorenz
Original assignee: GUENTER KOEHLER INST fur FUEGETECHNIK und WERKSTOFFPRUEFUNG GmbH; Guenter-Kohler-Institut fur Fuegetechnik und Werkstoffpruefung GmbH
Current assignee: GUENTER KOEHLER INST fur FUEGETECHNIK und WERKSTOFFPRUEFUNG GmbH; Guenter-Kohler-Institut fur Fuegetechnik und Werkstoffpruefung GmbH
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements auf einem Messobjekt (1), umfassend Haltemittel zum Fixieren des Dehnungsmesselements und zum Fixieren der Baugruppe auf dem Messobjekt (1). Bei einer solchen Baugruppe umfassen die Haltemittel mindestens zwei Halterungen (2), in denen das Dehnungsmesselement im montierten Zustand lösbar fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements auf einem Messobjekt. Eine solche Baugruppe umfasst Haltemittel, die einerseits zum Fixieren des Dehnungsmesselements ausgelegt sind, andererseits aber auch dazu dienen, die Baugruppe auf dem Messobjekt zu fixieren.
Um Dehnungsmesselemente, mit denen Verformungen und insbesondere Längsausdehnungen von Messobjekten bestimmt werden, auf diesen Messobjekten anzubringen, werden im Stand der Technik im wesentlichen zwei Wege verfolgt.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Dehnungsmesselement dauerhaft direkt auf dem Messobjekt anzubringen, beispielsweise mit einer Klebeverbindung. Dies ist z. B. dann sinnvoll, wenn der Sensor permanent an einem Ort verbleiben soll. Als Beispiel seien hier Waagen genannt, bei denen als Dehnungsmesselement Dehnungsmessstreifen verwendet werden, die bei schon geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand ändern. In der DE 10 2005 017 797 A1 wird eine Schweißanordnung mit einer Schweißzange beschrieben, wobei an den Schweißzangenarmen Fasergitter-Verformungssensoren mit einer Klebeverbindung fest angeordnet sind. Bei einer Verformung der Zangenarme – Dehnung, Stauchung bzw. Biegung – verformen sich die Fasergitter-Sensoren entsprechend. Nachteilig bei dieser Art der Anbringung an dem Messobjekt ist die fehlende Auswechselbarkeit. Muss z.B. einer der Zangenarme der Schweißvorrichtung gewechselt werden, so wird der Faser-Bragg-Gitter-Sensor (FBGS) dabei unweigerlich zerstört, es muss ein neuer Sensor angebracht werden, was von Nachteil ist, da die aufwendig herzustellenden Sensorfasern hohe Anschaffungskosten haben. Klebeverbindungen sind darüber hinaus auch in solchen Fällen ungünstig, in denen ein Objekt nur ein einziges mal vermessen werden soll, beispielsweise um festzustellen, ob gewisse vorgegebene Qualitätsanforderungen erfüllt werden.
Um andererseits die Dehnungsmesssensoren an verschiedenen Objekten wechselweise einsetzen zu können, werden die Dehnungsmesselemente oft in Gehäusen montiert, das Gehäuse weist Mittel zum Fixieren auf dem Messobjekt auf. Im Gehäuse selbst werden die Dehnungsmesselemente in der Regel durch Verkleben, Klemmen oder Spannen an zwei Stellen, oder durch vollständiges einkleben des gesamten empfindlichen Abschnittes fixiert. Auf diese Weise werden die Dehnungsmesssensoren zwar leichter handhabbar und können an verschiedenen Objekten eingesetzt werden, jedoch ist das Gehäuse Teil des Sensors und muss sich ebenfalls dehnen oder stauchen. Je nach dem Verhältnis der Elastizitätsmodule von Messobjekt und Gehäuse kann dies die Messung mehr oder weniger stark beeinflussen. Bei der Verwendung von FBGS wirkt das Gehäuse sogar als Dämpfung des Sensors und unterdrückt hohe Frequenzen, so dass die Empfindlichkeit entscheidend verringert wird. Einen Ausweg bieten hier zweiteilige Gehäuse, die nicht miteinander im Kontakt stehen und nur über das Dehnungsmesselement miteinander verbunden sind. Ein Sensor mit einem solchen Gehäuse ist beispielsweise in der DE 10 2009 019 452 A1 beschrieben. Dort ist eine Vorrichtung zum Messen von Kräften offenbart, die beim Transport oder der Lagerung von runden Halbleiterscheiben durch eine für den Transport verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden. Das Gehäuse besteht aus zwei unterschiedlich großen Teilen und wird auf die Halbleiterscheibe aufgesetzt. Auf einem größeren Teil des Gehäuses befinden sich eine Signalverarbeitungseinheit und ein Energiespeicher zur Versorgung des Kraftsensors mit elektrischer Energie, der kleinere Teil des als Träger bezeichneten Gehäuses ist mit dem größeren nur durch den Kraftsensor verbunden, auf diesen kleineren Teil wirken die zu messenden Kräfte. Der Kraftsensor selbst ist ein Parallelbiegebalken, der mit beiden Teilen des Gehäuses über Befestigungsvorrichtungen verbunden ist. Das eigentliche Dehnungsmesselement ist ein in der DE 10 2009 019 452 A1 nicht näher beschriebener Dehnungsmessstreifen. Der Kraftsensor, d.h. der Parallelbiegebalken ist somit Teil des Gehäuses und beeinflusst das Messergebnis. Es ist allerdings davon auszugehen, dass dies bei der beschriebenen Transportvorrichtung keine Rolle spielt, da die Toleranzen hier größer sein dürften als beispielsweise beim Punktschweißen, bei dem Faser-Bragg-Gitter-Sensoren verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Baugruppe der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass zum einen die Dehnungsmesselemente mehrfach und bei verschiedenen Messobjekten eingesetzt werden können und zum anderen gleichzeitig Messungen mit einer möglichst hohen und möglichst wenig gedämpften Empfindlichkeit eines das Dehnungsmesselement umfassenden Sensors zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer Baugruppe der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die Haltemittel mindestens zwei Halterungen umfassen, in denen das Dehnungsmesselement im montierten Zustand lösbar fixiert ist.
Dadurch, dass das Dehnungsmesselement lösbar in den Halterungen fixiert ist, ist es in jedem Fall wiederverwendbar und kann beispielsweise in entsprechende Halterungen, die an anderen Messobjekten vorhanden sind, eingesetzt werden. Die beiden Halterungen stehen miteinander nicht in direktem Kontakt, sondern sind nur über das Messobjekt miteinander verbunden. Die mindestens zwei Halterungen können am Messobjekt selbst ausgebildet sein, so dass das Objekt und die Halterungen einstückig ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise bei großen Bauteilen der Fall sein, die verbaut werden und bei denen die montierte Baugruppe dann nicht zu sehen ist, beispielsweise bei Brücken. Die Fixierung des Dehnungsmesselements in den Halterungen kann auf übliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Einspannen, wobei diese Fixierung mit solchen Mitteln erfolgen kann, die ein Lösen ohne großen Aufwand erlauben und sowohl beim Fixieren als auch beim Lösen das Dehnungsmesselement nicht zerstören. Schrauben oder Klemmen sind beispielsweise geeignete Fixierungsmittel für FBGS oder Dehnungsmessstreifen als Dehnungsmesselemente.
Bevorzugt weist jede der mindestens zwei Halterungen als Festlager wirkende Halterungsfixiermittel auf, mit denen sie im montierten Zustand auf dem Messobjekt in einem vorgegebenen Abstand zueinander kraft- und / oder formschlüssig lösbar fixiert sind, wobei die Halterungen unabhängig voneinander fixierbar sind. Indem die Halterungsfixiermittel als Festlager wirken, wird jede translatorische Bewegung der Halterungen zueinander unterbunden, auch wenn das Dehnungsmesselement zwischen den mindestens zwei Halterungen fixiert ist. Jede der Halterungen verfügt über eigene Halterungsfixiermittel, so dass eine Fixierung unabhängig voneinander möglich ist. Der Abstand wird im wesentlichen von den Dimensionen des Dehnungsmesselements und ggf. eine einzustellende Vorspannung vorgegeben. Handelt es sich bei dem Dehnungsmesselement beispielsweise um einen FBGS, so muss dafür Sorge getragen werden, dass ein Längsabschnitt der Lichtleitfaser, in den ein optischer Interferenzfilter eingeprägt ist, zwischen den Halterungen angebracht ist. Die Halterungsfixiermittel können auch in entsprechend ausgestalteter Aufnahmen auf dem Messobjekt montiert werden. Beispielsweise können am Messobjekt entsprechende Ausleger mit Gewindebohrungen versehen sein, in welche die Halterungen eingeschraubt werden. Ein Teil der Haltungsfixiermittel ist in diesem Fall dann dem Messobjekt zuzuordnen. Die Halterungsfixiermittel können auch nach Art eine Zwinge oder Klemme gestaltet sein und auf diese Weise die Halterungen fixieren. Bei magnetischen oder magnetisierbaren Materialien können die Halterungsfixiermittel auch Magnete oder Elektromagnete umfassen, mit denen die Halterungen fixiert werden können. Die Halterungsfixiermittel können auch so ausgestaltet sein, dass sie die Halterungen stoffschlüssig fixieren, sofern die Verbindung lösbar ist. Halterungen und Halterungsfixiermittel können auch einstückig ausgebildet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Baugruppe eine als mindestens zweiteiliges Gehäuse ausgestaltete Führung, in der das Dehnungsmesselement geführt wird. Das Gehäuse umfasst ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, wobei beide Gehäuseteile im montierten Zustand kontaktlos zueinander ausgerichtet sind. In einer ersten Variante ist das erste Gehäuseteil in mindestens einer ersten der mindestens zwei Halterungen und das zweite Gehäuseteil in mindestens einer zweiten der mindestens zwei Halterungen über Einspannmittel lösbar fixiert. In einer zweiten Variante sind das erste Gehäuseteil und eine erste der mindestens zwei Halterungen, sowie das zweite Gehäuseteil und eine zweite der mindestens zwei Halterungen jeweils einstückig ausgebildet.
Anstelle die Gehäuseteile in den Halterungen über Einspannmittel zu fixieren, kann man auch das Dehnungsmesselement selbst über Einspannmittel in den Halterungen fixieren. Bei den Einspannmitteln kann es sich beispielsweise um zweiteilige Schraub- oder Klemmverbindungen handeln, welche die Gehäuseteile bzw. das Dehnungsmesselement wie in einem Joch zwischen sich einspannen.
Das Gehäuse dient als Führung in dem Sinne, dass das Dehnungsmesselement von der Führung umschlossen wird, das Gehäuse jedoch außer an den Stellen, an denen es eingespannt wird, nicht berührt. Im Falle eines FBGS kann die Führung beispielsweise zylinderförmig ausgestaltet sein mit einem größeren Durchmesser als der Faserdurchmesser. Für Dehnungsmessstreifen oder Piezoelemente als Dehnungsmesselemente sind entsprechend andere Formgebungen denkbar.
Zweckmäßig umfassen das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil jeweils Dehnungsmesselementfixiermittel, mit denen das Dehnungsmesselement im ersten bzw. im zweiten Gehäuseteil fixierbar ist. Alternativ können die Dehnungsmesselementfixiermittel auch bei den Halterungen vorgesehen sein, wenn das Dehnungsmesselement ohne Gehäuse fixiert werden soll, im Falle eines FBGS beispielsweise ähnliche Einspannmittel wie für das Gehäuse, nur mit kleinerem Durchmesser des Jochs.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist das Dehnungsmesselement als Einmoden- oder Mehrmoden-Lichtleitfaser mit einem inneren Kern und einem äußeren, den Kern umhüllenden, Mantel ausgestaltet. In einen Längsabschnitt des inneren Kerns ist ein optischer Interferenzfilter eingeprägt, wobei der Längsabschnitt mit dem Interferenzfilter zwischen den Halterungen angeordnet ist. Diese Ausführung der Baugruppe mit dem Dehnungsmesselement als FBGS garantiert eine hohe Empfindlichkeit, die beispielsweise beim Punktschweißen von Bedeutung sein kann. Die Dehnungsmesselementfixiermittel können dann beispielsweise als zur Lichtleitfaser radial ausgerichtete Schrauben, Nieten oder Bolzen ausgestaltet sein, welche die Lichtleitfaser axial fixieren. Die Aufzählung der Dehnungsmesselementfixiermittel ist hierbei nur beispielhaft zu verstehen, auch alle anderen Fixiermittel, mit denen der Effekt in gleicher oder äquivalenter Weise zu erzielen ist, sind denkbar.
Um ein Einspannen der Faser in die Halterungen oder die Führung, d.h. in das Gehäuse ohne Quetschung der Faser zu ermöglichen, umfasst die Baugruppe zweckmäßig Adapterelemente. Diese können beispielsweise eine Hülse, Manschette oder Ferrule oder auch eine Kombination dieser Elemente umfassen. Diese Adapterelemente können mit der Faser beispielsweise auch verklebt werden. Die Manschette kann auch um die Faser gelegt werden und mit Schrauben dann soweit verengt werden, dass eine Relativbewegung der Faser zur Manschette unterbunden wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Baugruppe auch Transportsicherungsmittel derart, dass im vom Messobjekt demontierten Zustand der Baugruppe das Aufrechterhalten einer eingestellten Vorspannung des Dehnungsmesselements gewährleistet ist. Um die Baugruppe vom Messobjekt zu demontieren, werden die entsprechenden Komponenten der Haltemittel zum Fixieren der Baugruppe auf dem Messobjekt gelöst. Falls ein Gehäuse vorhanden ist, so können die Transportsicherungsmittel auch so ausgestaltet sein, dass nur das Gehäuse für den Transport gesichert wird und aus den Halterungen entfernt wird, indem die Einspannmittel gelöst werden.
Für den Transport ist es dann erforderlich, die relative Position der beiden Gehäuseteile zueinander zu fixieren, bzw. den Abstand der mindestens zwei Halterungen zueinander. Dazu umfassen die Transportsicherungsmittel bevorzugt mindestens ein Abstandshalteelement, welches mit den mindestens zwei Halterungen oder, falls vorhanden, mit den mindestens zwei Gehäuseteilen – eine Relativbewegung der mindestens zwei Gehäuseteile bzw. der mindestens zwei Halterungen zueinander sowohl translatorisch als auch rotatorisch unterbindend – verbunden ist. Falls beispielsweise ein FBGS als Dehnungsmesselement verwendet wird, ist eine Sicherung gegen Verdrehen besonders wichtig, da schon geringe Torsionen die Faser unbrauchbar machen können. Auch bei anderen Typen von Dehnungsmesselementen, beispielsweise Dehnungsmessstreifen und Piezoelementen muss darauf geachtet werden, dass insbesondere in axialer Richtung eine Bewegung, die zur Überbeanspruchung des Sensorelementes führt, unterbunden wird. So können Dehnungsmessstreifen reißen, wenn eine zu große Zugspannung ausgeübt wird, Piezosensoren andererseits sind empfindlich gegenüber Stauchungen. Da das Dehnungsmesselement entweder in den mindestens zwei Halterungen oder in den mindestens zwei Gehäuseteilen fixiert ist, kann die Vorspannung, die beim Fixieren des Dehnungsmesselements eingestellt wurde – bei Verwendung eines FBGS beispielsweise durch leichtes Ziehen an der Faser mit der Hand zu erreichen – aufrecht erhalten werden, wenn diejenigen Teile, in denen das Dehnungsmesselement fixiert ist, für den Transport in ihren relativen Positionen zueinander fixiert werden. Wird ein mindestens zweiteiliges Gehäuse verwendet, so ist auch eine mehrfach redundante Transportsicherung denkbar, bei der sowohl das Gehäuse als auch die Halterungen mit Abstandshalteelementen jeweils zueinander eine relative Bewegung unterbindend verbunden sind. Dabei kann das mindestens eine Abstandshalteelement auf verschiedene Weise ausgestaltet sein.
In einer einfachen Ausführung umfasst die Baugruppe als Abstandshalteelemente mindestens zwei Schrauben, die über entsprechend ausgebildete Gewindebohrungen mit den Halterungen bzw. den Gehäuseteilen verbunden sind. Diese Schrauben können zusätzlich mit Muttern, Unterlegscheiben, etc. gesichert sein.
In einer anderen Ausgestaltung umfasst die Baugruppe als Abstandshaltelemente mindestens einen plattenförmigen Körper, der an entsprechend ausgebildeten Anlageflächen für eine plattenförmige Seite des Körpers mit den Halterungen bzw. den Gehäuseteilen verbunden ist. Die Anlageflächen der Halterungen sollten dann ebenfalls flach sein, so dass eine plattenförmige Seite – also nicht eine Quer- oder Längsseite des Körpers – flach auf diesen Anlageflächen aufliegen kann, zumindest in einem Bereich, der es ermöglicht den plattenförmigen Körper an den Halterungen bzw. den Gehäuseteilen zu fixieren, beispielsweise mittels Schrauben, obwohl prinzipiell auch die Verwendung gekrümmter Flächen und Körper möglich ist. Um Verkippungen in axialer Richtung auszuschließen, sollte der plattenförmige Körper mit jeder der Halterungen bzw. jedem der Gehäuseteile mit zwei Schrauben oder äquivalenten Mitteln fixiert sein. Zur Erhöhung der Transportsicherheit ist es vorteilhaft, zwei plattenförmige Körper zu verwenden, die dann beispielsweise auf zwei Seiten der Halterungen angebracht werden, so dass das Dehnungsmesselement zwischen ihnen liegt. Der plattenförmige Körper kann beispielsweise als Blech ausgestaltet sein. Auch andere Körper sind denkbar, beispielsweise lassen sich anstelle eines Blechs auch zwei stabförmige Körper mit quaderförmigem Querschnitt verwenden, wobei in jedem Falle darauf geachtet werden muss, dass die Biegesteifigkeit der verwendeten Körper so groß ist, dass die Vorspannung – die auch eine Stauchung sein kann – nicht zu einer Verformung der Körper führt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Baugruppe umfasst sie als Abstandshalteelemente eine Klemmhülse mit an der Innenseite ausgebildeten Federn, die in korrespondierende Nuten, die an den Halterungen bzw. Gehäuseteilen ausgebildet sind, eingreifend ausgebildet ist, und so mit den Halterungen bzw. Gehäuseteilen verbunden ist. Diese Art der Transportsicherungsmittel hat den Vorteil, dass sie ohne Schrauben auskommt und somit relativ schnell einzusetzen oder entfernbar ist. Der Material- und Teilebedarf wird auf diese Weise außerdem verringert.
Auch andere Formen der Abstandshalteelemente, die hier nicht beschrieben sind, sind denkbar. Wichtig ist allein, dass sie die Halterungen bzw. die mindestens zwei Gehäuseteile wie oben beschrieben zueinander fixieren. Dazu werden die Abstandshalteelemente kraft- und / oder formschlüssig mit den mindestens zwei Halterungen bzw. mit den mindestens zwei Gehäuseteilen verbunden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale sowie die in den Ansprüchen angegebenen und den Abbildungen entnehmbaren Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements,
2 eine erste Ausgestaltung von Transportsicherungsmitteln,
3 eine weitere Ausgestaltung von Transportsicherungsmitteln,
4 eine Perspektivansicht einer Baugruppe mit einem zweiteiligen Gehäuse und Transportsicherungsmitteln,
5 eine Draufsicht auf die in 4 gezeigte Anordnung und
6 einen Längsschnitt durch die in 4 gezeigte Baugruppe.
1 zeigt zunächst den grundliegenden Aufbau einer Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements auf einem Messobjekt 1. Dabei soll die Dehnung des Messobjekts 1 in Richtung der mit F bezeichneten Doppelpfeile bestimmt werden, F bezeichnet eine in dieser Richtung wirkende Kraft, die zur Dehnung des Messobjekts führt. Die Baugruppe umfasst Haltemittel zum Fixieren des Dehnungsmesselements und zum Fixieren der Baugruppe selbst auf dem Messobjekt 1. Die Haltemittel umfassen mindestens zwei Halterungen 2, in denen das Dehnungsmesselement im montierten Zustand lösbar fixiert ist. Im vorliegenden Fall werden zwei Halterungen 2 verwendet. Die Haltemittel weisen außerdem als Festlager wirkende Halterungsfixiermittel 3 auf, mit denen die Halterungen 2 im montierten Zustand auf dem Messobjekt 1 in einem vorgegebenen Abstand zueinander kraft- und / oder formschlüssig zueinander lösbar fixiert sind, wobei die Halterungen 2 unabhängig voneinander fixierbar sind. Die Halterungsfixiermittel 3 wirken als Festlager, d.h. alle Translationen der Halterungen 2 bzw. des darin fixierten Dehnungsmesselements relativ zum Messobjekt 1 werden unterbunden. Durch die Gestaltung entsprechender Auflageflächen lassen sich auch rotatorische Freiheitsgrade für die Halterungen 2 unterbinden, wobei bei einer Ausgestaltung des Dehnungsmesselements als Lichtleitfaser dieses in den Halterungen vor der Fixierung noch um seine Längsachse rotierbar sein kann.
Die Halterungsfixiermittel 3 können an den Halterungen 2 ausgebildet sein, wenn sie beispielsweise als Klemmen ausgestaltet sind. Auch eine teilweise Ausbildung an den Halterungen 2 ist denkbar, wenn die Halterungsfixiermittel 3 beispielsweise nach Art eines Jochs oder als Kombination zwischen einer Klemm- und Schraubverbindung mit dem Messobjekt 1 verbunden werden. Die Halterungsfixiermittel 3 können auch so ausgebildet sein, dass sie in entsprechende Aufnahmen am Messobjekt 1 eingesetzt werden, in denen sie dann gelagert und fixiert werden.
In den Halterungen 2 ist ein Dehnungsmesselement lösbar fixiert. Das Dehnungsmesselement ist hier als Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgestaltet, beispielsweise als Einmoden-Lichtleitfaser 4 mit einem innern Kern und einem äußeren, den Kern umhüllenden Mantel, bei der in einen Längsabschnitt des inneren Kerns ein optischer Interferenzfilter eingeprägt ist. Der Längsabschnitt mit dem Interferenzfilter ist zwischen den Halterungen 2 angeordnet. Auch andere Dehnungsmesselemente wie Dehnungsmessstreifen oder Piezosensoren können verwendet werden. Elektrische Sensoren benötigen jedoch noch eine Stromversorgung, was ihren Einsatz unter bestimmten Umgebungsbedingungen einschränkt. Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS) oder andere optische Sensoren werden nicht durch elektrische oder elektromagnetische Felder beeinflusst, was ihren Einsatz in der Hochspannungstechnik, beispielsweise bei der Kontaktkraftmessung von Stromabnehmern von Zügen oder Belastungsmessungen von Freileitungen oder deren Masten erlaubt. Sie können als nichtelektrische Sensoren auch im explosionsgefährdeten Bereich gefahrlos angewendet werden.
In der Zeichnung angedeutet sind außerdem noch Transportsicherungsmittel 5, die dafür sorgen, dass bei Demontage der Baugruppe vom Messobjekt 1 eine eingestellte Vorspannung des Dehnungsmesselements aufrecht erhalten wird. Das Aufrechterhalten einer eingestellten Vorspannung des Dehnungsmesselements wird also durch die Transportsicherungsmittel 5 gewährleistet. Die Vorspannung – eine Dehnung oder Stauchung – kann beispielsweise bei der Erstmontage der Baugruppe auf einem Messobjekt eingestellt werden.
In den 2 und 3 sind verschiedene Ausgestaltungen für die in 1 angedeuteten Transportsicherungsmittel 5 dargestellt. In 2 ist eine Seitenansicht einer auf ein Messobjekt 1 montierten Baugruppe dargestellt. Die Halterungsfixiermittel 3 sind hier als Verbindung einer U-förmigen Aufnahme mit einer Auflage ausgebildet, bei der die beiden Teile mit Schrauben 6 verbunden und mit dem Messobjekt 1 verspannt werden. Dies setzt voraus, dass die Halterungsfixiermittel 3 auf das Messobjekt 1 abgestimmt dimensioniert sind. Für variable Fixierungen eignen sich andere Halterungsfixiermittel, die beispielsweise die Halterungen 2 über einen Ansatzpunkt an der Unterseite des Messobjekts 1 fixieren, wie bei einer Zwinge. Die Baugruppe umfasst hier außerdem Adapterelemente 7, die ein Einspannen der Lichtleitfaser 4 in die Halterungen 2 ohne Quetschung der Lichtleitfaser 4 ermöglichen. Es kann sich hierbei beispielsweise um Hülsen, Manschetten, Ferrulen oder ähnliches handeln.
Um das Aufrechterhalten einer eingestellten Vorspannung des Dehnungsmesselements zu gewährleisten umfassen die Transportsicherungsmittel 5 bevorzugt mindestens ein Abstandshalteelement, welches mit den mindestens zwei Halterungen 2 verbunden ist und dabei eine Relativbewegung zwischen den beiden Halterungen zueinander unterbindet. Die in 2 gezeigte Baugruppe umfasst zwei Abstandshalteelemente, die als plattenförmige Körper 8 ausgestaltet sind. Jeder der plattenförmigen Körper ist an entsprechend ausgebildeten Anlageflächen für eine plattenförmige Seite des Körpers 8 mit den Halterungen 2 verbunden.
Die Verbindung wird im gezeigten Fall mittels Schrauben 9 hergestellt, so dass sowohl ein Verdrehen als auch eine Translation unterbunden wird. Dabei reicht grundsätzlich ein plattenförmiger Körper aus, sofern dessen Biegesteifigkeit hoch genug ist. In der Regel wird man allerdings an beiden Seiten, also auch in Blickrichtung hinter der Lichtleitfaser 4 an der anderen Seite der Halterungen 2 einen entsprechenden plattenförmigen Körper 8 anbringen, um die Stabilität weiter zu erhöhen, auch wenn hier eine gewisse Redundanz vorliegt.
In einer anderen, in 3, gezeigten Ausgestaltung ist das Abstandshalteelement als Klemmhülse 10 ausgestaltet, die über die Baugruppe gestülpt wird. In Längsrichtung müssen dabei Öffnungen bleiben, durch welche die Lichtleitfaser 4 geführt werden kann. Auf der Innenseite der Klemmhülse 10 sind Federn 11 ausgebildet, die in korrespondierende Nuten 12, die an den Halterungen 2 ausgebildet sind, eingreifend ausgebildet sind. Indem die Federn 11 an der Innenseite der Klemmhülse 10 in die Nuten 12 an Halterungen 2 eingreifen, ist die Klemmhülse 10 mit den Halterungen 2 verbunden. In 3 greifen die Federn 11 genau in die Nuten 12 ein, weshalb sie in der Zeichnung gemeinsam dargestellt sind.
In einer anderen, nicht gezeigten, Ausführung umfasst die Baugruppe als Abstandshalteelemente mindestens zwei Schrauben, die über entsprechend ausgebildete Gewindebohrungen mit den Halterungen 2 verbunden sind. Dabei können die verschiedenen Abstandshalteelemente auch kombiniert werden, beispielsweise kann man die Baugruppe Schrauben und Klemmhülse 10 umfassen, wobei erst mit einer oder zwei Schrauben die Halterungen 2 verbunden werden und dann die Klemmhülse 10 über das gesamte Ensemble gestülpt wird.
Die Transportsicherungsmittel 5, also insbesondere die verschiedenen Abstandshalteelemente werden nur für den Transport bzw. zur Sicherung verwendet, im Betrieb werden sie vorzugsweise entfernt, so dass die beiden Halterungen 2 ausschließlich über das Dehnungsmesselement, also beispielsweise die Lichtleitfaser 4 verbunden sind, was eine besonders hohe Empfindlichkeit garantiert. Eine Dämpfung der Bewegung des zu messenden Objekts findet dann nur durch das sensitive Element selbst statt, wenn überhaupt. Kommt es auf die Empfindlichkeit nicht in so hohem Maße an, müssen die Abstandshalteelemente auch nicht entfernt werden.
Eine weitere Ausführung ist in 4 dargestellt. Hier umfasst die Baugruppe eine als mindestens zweiteiliges Gehäuse ausgestaltete Führung, in der das Dehnungsmesselement geführt wird. Dieses zweiteilige Gehäuse umfasst hier ein erstes Gehäuseteil 13 und ein zweites Gehäuseteil 14. Beide Gehäuseteile sind im montierten Zustand kontaktlos zueinander ausgerichtet, wobei das erste Gehäuseteil 13 in mindestens einer ersten der mindestens zwei Halterungen 2 und das zweite Gehäuseteil 14 in mindestens einer zweiten der mindestens zwei Halterungen 2 über Einspannmittel lösbar fixiert ist. Um die Einspannmittel zu realisieren sind die Halterungen 2 jochförmig aus zwei Teilen ausgebildet, wobei nach dem Einsetzen des Gehäuses die beiden Teile der Halterungen 2 miteinander verschraubt werden, wozu Schrauben in entsprechenden Gewindebohrungen 15 eingesetzt werden. Auch magnetische Fixierungen sind denkbar, oder alle anderen kraft- und / oder formschlüssigen Verbindungen.
Alternativ und hier nicht dargestellt können das ersten Gehäuseteil 13 und eine erste der mindestens zwei Halterungen 2, sowie das zweite Gehäuseteil 14 und eine zweite der mindestens zwei Halterungen 2 jeweils einstückig ausgestaltet sein. In diesem Fall kann auf die Einspannmittel verzichtet werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass sich die beiden Gehäuseteile 13 und 14 im montierten Zustand nicht berühren und kontaktlos zueinander ausgerichtet sind. Nur auf diese Weise kann die hohe Empfindlichkeit weiter gewährleistet werden, da die Dämpfung minimiert ist.
An den Halterungen 2 sind außerdem weitere Gewindebohrungen 16 ausgebildet, in die entsprechende Schrauben eingesetzt werden können, die die Halterungen 2 mit den Halterungsfixiermitteln 3 oder entsprechenden Ausformungen am Messobjekt 1 verbinden. Alternativ können auch hier andere Verbindungen wie Klemmverbindungen und / oder magnetische oder elektromagnetische Verbindungen verwendet werden. Auch die Einspannmittel können magnetische Komponenten umfassen. Die Baugruppe ist hier für den Transport vorbereitet worden, zur Transportsicherung sind auf zwei entsprechend ausgebildeten Anlageflächen plattenförmige Körper 8 auf beiden Seiten des Gehäuses mittels Schrauben 9 angebracht. Ergänzend und alternativ können auch hier die plattenförmigen Körper mit den Halterungen 2 verbunden werden. Die hier gewählte Form der Einspannmittel ermöglichst allerdings ein einfaches Wechseln des Sensors, in dem das Gehäuse aus den Halterungen entfernt wird. Anstelle der plattenförmigen Körper 8, hier als Blech ausgestaltet, können auch Schrauben verwendet werden, welche die beiden Gehäuseteile 13, 14 und ggf. auch die beiden Halterungen 2 verbinden, oder auch eine Klemmhülse 10, wobei die Nuten 12 dann an den Gehäuseteilen 13 und 14 ausgebildet sind.
Das erste Gehäuseteil 13 und das zweite Gehäuseteil 14 umfassen jeweils Dehnungsmesselementfixiermittel, mit denen das Dehnungsmesselement im ersten bzw. im zweiten Gehäuseteil 13 bzw. 14 fixierbar ist. Im Falle einer Lichtleitfaser 4 als Dehnungsmesselement eignen sich beispielsweise radial ausgerichtete Schrauben, Nieten oder Bolzen, welche die Lichtleitfaser 4 axial fixieren, als Dehnungsmesselementfixiermittel. Sie sind hier nicht gezeigt, sind aber beispielsweise durch entsprechende Öffnungen 17 in den plattenförmigen Körpern 8, die im Bild etwa zwischen dem Schrauben 9 liegen, eingesetzt, wobei in Falle von Schrauben diese auch wieder gelöst werden können. Dies ermöglicht die Einstellung einer gewünschten Vorspannung vor Messbeginn bei angebrachten Transportsicherungsmitteln 5, was die Handhabung der Baugruppe erleichtert.
In 5 ist die in 4 gezeigte Anordnung noch einmal in der Draufsicht dargestellt, und in 6 in einem Längsschnitt. Zum Schutz der Lichtleitfaser 4 sind dabei die Gehäuseteile 13 und 14 asymmetrisch ausgebildet, so dass das zweite Gehäuseteil 14 das erste Gehäuseteil 13 mindestens teilweise umschließt, ohne dass jedoch beide Gehäuseteile miteinander in Kontakt stehen. Auch eine symmetrische Ausgestaltung der beiden Gehäuseteile 13 und 14 nach Art von Halbschalen ist denkbar, die den gleichen Zweck des Schutzes der Lichtleitfaser erfüllt und noch kostengünstiger herzustellen ist.
Bei der Verwendung einer Lichtleitfaser 4 als Dehnungsmesselement können die beiden Gehäuseteile 13 und 14 in den Halterungen 2 separat voneinander montiert werden, anschließend wird die Lichtleitfaser 4 durch entsprechende Öffnungen in dem Gehäuse, welches, wie insbesondere 6 zu entnehmen ist, die Funktion einer Führung hat, durch das Gehäuse geführt, und dort fixiert werden, wenn sich die Adapterelemente 7 an den zur Fixierung vorgesehenen Stellen befinden, wobei der Längsabschnitt mit dem Interferenzfilter zwischen den beiden Adapterelementen 7 in die Lichtleitfaser eingeprägt ist.
Die vorangehend beschriebene Baugruppe ermöglicht nicht nur eine mehrfache Nutzung von Dehnungsmesssensoren, insbesondere von Sensoren, die auf Faser-Bragg-Gittern basieren, auf verschiedenen zu vermessenden Objekten, ohne das bei einem Wechsel des Objektes der Sensor zerstört wird, sondern sie erlaubt auch durch die Verwendung von Transportsicherungsmitteln 5, dass die Haltvorrichtungen für das Dehnungsmesselement während des Transports, der Montage und einer folgenden Demontage nach der Messung vor Beschädigung geschützt wird. Die Transportsicherungsmittel sorgen außerdem dafür, dass eine einmal eingestellte Vorspannung der Lichtleitfaser oder eines anderen Dehnungsmesselements auch im demontierten Zustand erhalten bleibt, so dass bei einer erneuten Messung auf einem anderen Messobjekt keine erneute Justierung der Vorspannung erfolgen muss.
Bezugszeichenliste

1: Messobjekt
2: Halterung
3: Halterungsfixiermittel
4: Lichtleitfaser
5: Transportsicherungsmittel
6: Schrauben
7: Adapterelement
8: plattenförmiger Körper
9: Schraube
10: Klemmhülse
11: Feder
12: Nut
13: erstes Gehäuseteil
14: zweites Gehäuseteil
15, 16: Gewindebohrung
17: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005017797 A1 [0003]
DE 102009019452 A1 [0004]

Claims

Baugruppe zur Montage eines Dehnungsmesselements auf einem Messobjekt (1), umfassend Haltemittel zum Fixieren des Dehnungsmesselements und zum Fixieren der Baugruppe auf dem Messobjekt (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel mindestens zwei Halterungen (2) umfassen, in denen das Dehnungsmesselement im montierten Zustand lösbar fixiert ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel als Festlager wirkende Halterungsfixiermittel (3) umfassen, mit denen die Halterungen (2) im montierten Zustand auf dem Messobjekt (1) in einem vorgegebenen Abstand zueinander kraft- und / oder formschlüssig lösbar fixiert sind, wobei die Halterungen (2) unabhängig voneinander fixierbar sind.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine als mindestens zweiteiliges Gehäuse ausgestaltete Führung aufweist, in der das Dehnungsmesselement geführt wird, mit einem ersten Gehäuseteil (13) und einem zweiten Gehäuseteil (14), wobei beide Gehäuseteile (13, 14) im montierten Zustand kontaktlos zueinander ausgerichtet sind, und entweder das erste Gehäuseteil (13) in mindestens einer ersten der mindestens zwei Halterungen (2) und das zweite Gehäuseteil (14) in mindestens einer zweiten der mindestens zwei Halterungen (2) über Einspannmittel lösbar fixiert ist, oder das erste Gehäuseteil (13) und eine erste der mindestens zwei Halterungen (2), sowie das zweite Gehäuseteil (14) und eine zweite der mindestens zwei Halterungen (2) einstückig ausgebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (13) und das zweite Gehäuseteil (14) jeweils Dehnungsmesselementfixiermittel umfassen, mit denen das Dehnungsmesselement im ersten bzw. zweiten Gehäuseteil (13, 14) fixierbar ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnungsmesselement als Lichtleitfaser (4) mit einem inneren Kern und einem äußeren, den Kern umhüllenden Mantel, bei der in einen Längsabschnitt des inneren Kerns ein optischer Interferenzfilter eingeprägt ist, ausgestaltet ist, wobei der Längsabschnitt mit dem Interferenzfilter zwischen den Halterungen (2) angeordnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, sofern rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesselementfixiermittel als zur Lichtleitfaser (4) radial ausgerichtete Schrauben, Nieten oder Bolzen ausgestaltet sind, die die Lichtleitfaser (4) axial fixieren.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe Adapterelemente (7) umfasst, die ein Einspannen der Lichtleitfaser (4) in die Halterungen (2) oder, falls vorhanden, die Führung ohne Quetschung der Lichtleitfaser (4) ermöglichen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe Transportsicherungsmittel (5) derart umfasst, dass im vom Messobjekt (1) demontierten Zustand der Baugruppe das Aufrechterhalten einer eingestellten Vorspannung des Dehnungsmesselements gewährleistet ist.
Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportsicherungsmittel (5) mindestens ein Abstandshalteelement umfassen, welches mit den mindestens zwei Halterungen (2) oder, falls vorhanden, den mindestens zwei Gehäuseteilen (13, 14), eine Relativbewegung dieser zueinander unterbindend verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Abstandshaltelemente – mindestens zwei Schrauben umfasst, die über entsprechend ausgebildete Gewindebohrungen mit den Halterungen (2) bzw. den Gehäuseteile (13, 14) verbunden sind, und / oder – mindestens einen plattenförmigen Körper (8), der an entsprechend ausgebildeten Anlageflächen für eine plattenförmige Seite des Körpers (8) mit den Halterungen (2) bzw. den Gehäuseteilen (13, 14) verbunden ist, und / oder – eine Klemmhülse (10) mit an einer Innenseite ausgebildeten Federn (11), die in korrespondierende Nuten (12), die an den Halterungen (2) bzw. den Gehäuseteilen (13, 14) ausgebildet sind, eingreifend ausgebildet sind und so mit den Halterungen (2) bzw. Gehäuseteilen (13, 14) verbunden ist, – umfasst.