DE10257732B4

DE10257732B4 - Wegänderungsmesseinrichtung für bewegliche Messarme für Prüfmaschinen

Info

Publication number: DE10257732B4
Application number: DE2002157732
Authority: DE
Inventors: Uwe Naumann
Original assignee: Hegewald & Peschke Mes und Pru; Hegewald & Peschke Mess- und Prueftechnik GmbH
Current assignee: Hegewald & Peschke Mes und Pru; Hegewald & Peschke Mess- und Prueftechnik GmbH
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: DE10257732A1

Abstract

Wegänderungsmesseinrichtung für bewegliche Messarme für Prüfmaschinen, wobei Messarme mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper gekoppelt, parallel zum Probenkörper geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung versehen und die Wegmesseinrichtungen mit einer Auswerte einrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
– dass jeweils zwischen entweder dem Messarm (1) oder den Messarmen (1) einer Ebene und dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung eine Momentenmesseinrichtung (3) zur Messung des Kippmomentes (ΔM_K1, ΔM_K2) gegenüber dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung angeordnet ist oder
– dass eine Momentenmesseinrichtung (3) zur Messung des Kippmomentes (ΔM_K1, ΔM_K2) zwischen dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung und dem Messarm (1) oder jeweils den Messarmen (1) angeordnet ist, wobei die Momentenmesseinrichtung (3) ein Bestandteil des Messarmes (1) ist, und
– dass die Momentenmesseinrichtungen (3) mit der als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildeten Auswerteeinrichtung so zusammengeschaltet sind, dass entweder zum einen das Kippmoment (ΔM_K) des Messarmes (1) oder die Kippmomente...

Description

Die Erfindung betrifft Wegänderungsmesseinrichtungen für bewegliche Messarme für Prüfmaschinen, wobei Messarme mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper gekoppelt, parallel zum Probenkörper geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung versehen und die Wegmesseinrichtungen mit einer Auswerte einrichtung verbunden sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus DE 27 34 057 A1 bekannt.

Wegänderungsmesseinrichtungen als Extensometer sind Längenänderungsmessgeräte, die in der Materialprüfung zu der exakten Bestimmung von Dehnungswerten, E-Modulen und davon abhängigen Dehn- und Spannungskenngrößen eingesetzt werden können. Bezugsgröße für die Dehnung einer Probe ist die Ausgangslänge L0 mit einem gleichbleibenden Querschnitt in der Probenmitte, so dass im elastischen Bereich von einer einaxialen Belastung ausgegangen wird. Die Messung muss an der Probe erfolgen, da die Verformungen der gesamten Prüf- und Belastungseinheit nicht kraftproportional sind und daher Wegmessungen in der Prüfmaschine nicht auf die Ausgangslänge L0 rückgerechnet werden können. Prüftechnologisch bedingt ist eine Prüfung in der Probenachse nicht möglich, da diese von der Probe mit den Spannköpfen selbst eingenommen wird.

Bekannte Bau- und Funktionsarten sind

– berührungslose Messsysteme,
– Ansatzaufnehmer und
– Langwegaufnehmer.

Als letztere werden Systeme bezeichnet, welche in einem großen Messbereich frei positioniert werden können. Typischerweise werden diese an einer zur Probenachse parallelen Führung bewegt. Der Messbereich wird durch gelenkig gelagerte Messarme sichergestellt. Derartige Lösungen sind unter anderem durch DE 197 80 769 T1 (Dehnungsmessgerät-Anordnung) und DE 197 82 061 T1 (Dehnungsmessgerät-Anordnung) bekannt. Eine weitere Lösung ist durch die eingangs genannte DE 27 34 057 A1 (Längenänderungsaufnehmer für Werkstoff- Prüfmaschi nen) bekannt. Dabei wird die Ableitung der mechanischen Eingangsgrößen für die mechanisch-elektrischen Wandler so vorgenommen, dass entweder die mechanischen Abtastorgane elastisch und entsprechend verformbar sind, wobei die Verformungen der Abtastorgane als mechanische Eingangsgrößen für die mechanisch-elektrischen Wandler verwendet werden, oder die mechanischen Abtastorgane starr und auf den Schlitten drehbar gelagert sind, wobei die Auslenkwege der Abtastorgane als Eingangsgrößen für die mechanisch-elektrischen Wandler verwendet werden. Das sind zwei grundlegende Möglichkeiten zur Messung einer Längenänderung für Werkstoff Prüfmaschinen. Bei der ersten Möglichkeit ist das Abtastorgan elastisch und entsprechend verformbar, wobei diese Verformung das Maß der Längenänderung des Prüfkörpers ist. Bei der ersten Möglichkeit ist das Abtastorgan fest gegenüber dem Prüfkörper positioniert. Ein Kippmoment tritt dabei nicht auf. Bei der zweiten Möglichkeit ist das Abtastorgan drehbar auf einem Schlitten angeordnet, wobei Messfehler durch die notwendigen Lager und die Kippmomente der Abtastorgane vorhanden sind. Bei einer weiteren durch DE 36 43 724 A1 (Dehnungsmeßvorrichtung) bekannten Lösung kommen Messarme zum Einsatz, die fest positioniert sind und wobei die elastische Verbiegung ein Maß für die Längenänderung sind.

Da in der Materialprüfung wichtige Kenngrößen bei sehr kleinen Längenänderungen bestimmt werden müssen, ist auch eine entsprechend hohe Auflösung und die Genauigkeit in den kleinen Messbereichen notwendig. Das Hauptproblem der bekannten Lösungen ist dabei nicht die sehr hohe Auflösung des Messsystemes, sondern der Kippfehler durch den parallelen Versatz der Mess- zur Prüfachse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeiten von Wegänderungsmesseinrichtungen als Extensometer, die in der Materialprüfung zu der Bestimmung von Dehnungswerten, E-Modulen und davon abhängigen Dehn- und Spannungskenngrößen eingesetzt werden, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäßen Wegänderungsmesseinrichtungen für bewegliche Messarme für Prüfmaschinen, wobei Messarme mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper gekoppelt, parallel zum Probenkörper geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung versehen und die Wegmesseinrichtungen mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sind, auch als Extensometer bezeichnet, zeichnen sich insbesondere durch die Erhöhung der Genauigkeiten der Messwerte aus. Extensometer werden dabei bekannterweise in der Materialprüfung zu der Bestimmung von Dehnungswerten, E-Modulen und davon abhängigen Dehn- und Spannungskenngrößen eingesetzt.

Weitere Vorteile stellen die Möglichkeiten der Messbereichsspreizung, einer hohen Auflösung und großen Genauigkeiten in den kleinen Messbereichen dar, so dass die in der Materialprüfung wichtigen Kenngrößen (E-Modul) bei sehr kleinen Längenänderungen im μm-Bereich bestimmbar sind. Ein wesentlicher Vorteil besteht dabei darin, dass auch große Wege bis zum Probenbruch gemessen werden können. Unter der Berücksichtigung der Positionierung und Einstellung der Bezugslänge mit dem gleichen Messsystem ergeben sich dann Messbereiche bis mehrere 100 mm.

Die Messarme sind mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper gekoppelt, parallel zum Probenkörper geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung versehen. Jeweils zwischen dem Messarm oder den Messarmen einer Ebene und dem beweglich geführten Bestandteil der Führung ist eine Momentenmesseinrichtung zur Messung des Kippmomentes gegenüber dem beweglich geführten Bestandteil der Führung angeordnet oder eine Momentenmesseinrichtung zur Messung des Kippmomentes ist zwischen dem beweglich geführtem Bestandteil der Führung und dem Messarm oder jeweils den Messarmen angeordnet, wobei die Momentenmesseinrichtung ein Bestandteil eines Messarmes ist. Die Momente in den Messarmen sind ein Maß für die Verbiegung der Messarme und ein Maß für das Verkanten der Messarme gegenüber deren Führungen. Die Momentenmesseinrichtung ist elektrisch mit einer Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschaltet.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Wegänderungsmesseinrichtungen besteht darin, dass der Kippfehler der Messarme, der durch den parallelen Versatz der Mess- zur Prüfachse entsteht, berücksichtigt wird. Dazu werden die Wiederlagekräfte der spielfrei gelagerten und quasi starren Messarme gemessen, welche im Winkel zu einer mit der Probenachse parallelen Führung stehen. Die Wiederlagerkräfte werden zur direkten Kompensation der Fehler erster Ordnung der Wegemesseinrichtungen verwendet. Die Wiederlagerkräfte sind ein Maß für die Biegespannungen und damit auch für die Verformungen in den Messarmen. Ein quasi starrer Messarm ist bei der Erweiterung des Betrachtungsbereiches natürlich relativ zu betrachten. Bedingt durch den E-Modul der verwendeten Materialien für den Messarm und dessen Lagerung verhält er sich bei Krafteinwirkungen natürlich elastisch. Bei einer typischen Prüfmaschinenausrüstung beträgt zum Beispiel die Messarmlänge 200 mm bis 400 mm und die Dicke des Messarmes im Probenbereich bis zu 10 mm, so dass auch bei sehr kleinen Kräften Verformungen in Größenordnungen von mehreren μm auftreten.

Mit einer gezielten Veränderung der Verschiebekaft ist es zusätzlich möglich kleine Messgrößen nur mit den erfindungsgemäßen Wegänderungsmesseinrichtungen zu erfassen, wobei diese über die Momente und die Elastizität der Messarme gemessen werden. Dadurch wird die Genauigkeit bei den kleinen Messwegen deutlich erhöht und die Wegmesseinrichtungen können dann in der Genauigkeit für die größeren Wege optimiert werden. Dabei werden die Wegmesseinrichtungen erst ab einem festgelegten Wert langsam freigegeben.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit der Momentenmessung eine Erfassung von Berührungen (Funktion Kontaktfühler) der Messarme an den Prüfwerkzeugen durch die Detektion eines Kraftanstieges beim Initialisieren möglich ist. Somit ist auch der Einsatz von inkrementalen Messsystemen möglich. Die IST-Position wird nach dem Einschalten durch Zusammenfahren der zwei Messarme auf einen Referenzpunkt mit sehr hoher Genauigkeit in der Datenverarbeitungseinrichtung geladen. Die Position und der Abstand der Messarme zum Ober- und Unterwerkzeug werden durch Anfahren (Kontaktfühler) an die Prüfwerkzeuge ermittelt. Das System „kennt" dann den möglichen Bewegungsraum der Messarme, die von der Datenverarbeitungseinrichtung unter anderem als Steuerung auf bestimmte Positionen gefahren werden können. Die Datenverarbeitungseinrichtung weist dann zusätzlich auch alle Informationen über die absolute Position der Prüfwerkzeuge auf, kann sowohl damit aktiv deren Position beeinflussen als auch Kollisionen durch das Setzen von Softwareendschaltern bedienerunabhängig verhindern. Damit kann vorteilhafterweise der gesamte Prüfablauf vollständig automatisiert werden.

Die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorteilhafterweise so mit der Wegmesseinrichtung und der Momentenmesseinrichtung zusammengeschaltet, dass zum einen die Länge der Bewegung eines Messarmes oder der in einer Ebene angeordneten Messarme und/oder zum anderen deren oder dessen Kippmoment gegenüber dem beweglich geführtem Bestandteil der Führung des Messarmes oder der Messarme unabhängig voneinander gemessen werden. Dies führt zu einer parallelen und unabhängigen Messwerterfassung und Verrechnung. Eine Reihenschaltung unterschiedlicher Regler im Messwertfluss wird vermieden, wobei die Messsignale auch Regelgröße für die Prüfmaschinen sind. Das ist insbesondere bei Prüfmaschinen mit der Möglichkeit einer gezielten Veränderung der Verschiebekraft vorteilhaft, wobei die Messsignale der Wegmesseinrichtungen auch Regelgröße für die Prüfmaschine sind. Ein Zeitverlust tritt nur durch die Messwerterfassung und Verrechnung auf, der Regelkreis zur gezielten Veränderung der Verschiebekraft läuft parallel und unabhängig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 2, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung so mit der Wegmesseinrichtung und der Momentenmesseinrichtung zusammengeschaltet ist, dass die Länge kleinster Bewegungen durch eine Veränderung der Verschiebekraft und der dadurch hervorgerufenen Kippmomente der Messarme und/oder dass die Länge der Bewegungen der Messarme bei der Kopplung mit dem Probenkörper gemessen werden, führt zu einer universellen Anwendungsmöglichkeit der zusätzlich mit den Wegänderungsmesseinrichtungen ausgerüsteten Messarme. Neben der Messung kleinster Wege kann die Länge des Probenkörpers in den Messzyklus mit einbezogen werden. In Verbindung mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 4. wobei die Datenverarbeitungseinrichtung so mit der Wegmesseinrichtung und der Momentenmesseinrichtung zusammengeschaltet ist, dass über ein durch die Berührung des Messarmes oder der Messarme hervorgerufenes Moment die Position des Probenkörpers und/oder von Prüfwerkzeugen gemessen werden, kann die Prüfung eines Probenkörpers voll automatisiert werden.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 3 führt vorteilhafterweise dazu, dass auch ein durch die Berührung des Messarmes oder der Messarme hervorgerufenes Moment vor der Prüfung des Probenkörpers über einen Antrieb korrigierbar ist. Damit können auch kleinste bei der Prüfung auftretende Wegänderungen weitestgehend fehlerfrei gemessen werden.

Eine einfache und günstige Realisierung der Momentenmesseinrichtung ist nach den Weiterbildungen des Patentanspruchs 6 ein Federkörper mit wenigstens einem Dehnungsmessstreifen auf einer Oberfläche des Federkörpers. Der wenigstens eine Dehnungsmessstreifen ist gleichzeitig ein Bestandteil einer mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschalteten Messschaltung. Die Messschaltung ist dabei eine bekannte Wheatstone-Brücke in Form von Viertel-, Halb- oder Vollbrücken. Vorteilhafterweise sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 mehrere, insbesondere vier, Dehnungsmessstreifen symmetrisch zur neutralen Biegefaser des Federkörpers auf dem Federkörper aufgebracht. Die vier Dehnungsmessstreifen sind zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet, so dass auch kleinste Biegungen. messbar sind. Dehnungsmessstreifen sind mechanisch-elektrische Wandler, deren elektrischer Widerstandswert sich linear mit der Dehnung ändert.

Vorteilhafterweise sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 parallel zum Federkörper und parallel zu dessen Biegefaser entweder geteilte Körper und/oder kürzere Körper als der Federkörper als Überlastanschläge angeordnet, so dass eine Beschädigung oder Eigenschaftsveränderungen des Federkörpers vermieden werden.

Eine günstige Momentenmesseinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 wenigstens ein piezoelektrischer Wandler. Dieser Wandler zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass der piezoelektrische Effekt zur Umwandlung von Kraft oder Druck in elektrische Spannung ausgenutzt wird. An den mit Zug oder Druck belasteten Oberflächen treten Ladungen entgegengesetzter Polarität auf, die der wirkenden Kraft proportional sind. Vorteilhafterweise ist der piezoelektrische Wandler eine Piezokeramikplatte.

Vorteilhafterweise ist die Momentenmesseinrichtung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ein Federkörper in Verbindung mit einem kapazitiven Geber. Der kapazitive Geber stellt einen Wandler zur Umformung einer geometrischen Größe in eine Kapazitätsänderung dar, wobei diese durch eine Abstandsänderung hervorgerufen wird. Diesem Geber liegt der Plattenkondensator zugrunde.

Die Momentenmesseinrichtung ist vorteilhafterweise nach der Weiterbildung des Patentan spruchs 10 ein Federkörper in Verbindung mit einem optischen System bestehend aus einem Lichtsender, einem Übertragungsmedium und einem Lichtempfänger. Der Lichtsender ist mit dem Federkörper so gekoppelt, dass bei einer Bewegung des Federkörpers, hervorgerufen durch ein Kippmoment, der Lichtstrahl mehr oder weniger auf den Lichtempfänger fällt. Über den Lichtempfänger wird die Intensität der elektromagnetischen Strahlen gemessen. Die Intensität ist damit ein Maß für die Größe des Kippmomentes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine prinzipielle Darstellung eines Extensometers für Prüfmaschinen mit geführten Messarmen, Wegmesseinrichtungen als Linearmessystem und Momentenmesseinrichtungen,
2 eine prinzipielle Darstellung eines Extensometers für Prüfmaschinen mit geführten Messarmen, Wegmesseinrichtungen in Verbindung mit Winkelmesseinrichtungen und Momentenmesseinrichtungen,
3 eine Darstellung von zwei Messarmen in einer Ebene mit zwei Schneiden zur Verbindung mit dem Probenkörper,
4 eine prinzipielle Darstellung eines Federkörpers mit Dehnmessstreifen als Momentenmesseinrichtung,
5 eine Darstellung einer Momentenmesseinrichtung an einem Federkörper mit vier Dehnmessstreifen einschließlich der Messschaltung,
6 ein Blockschaltbild eines probengeführten Regelkreises,
7 ein Blockschaltbild eines motorisch nachgeführten Regelkreises,
8 eine prinzipielle Darstellung mit piezoelektrischen Wandlern als Momentenmesseinrichtung und
9 eine prinzipielle Darstellung mit einem Federkörper in Verbindung mit einem kapazitiven Geber als Momentenmesseinrichtung.
Eine Wegänderungsmesseinrichtung für bewegliche Messarme 1 für Prüfmaschinen, wobei Messarme 1 mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper 14 gekoppelt, parallel zum Probenkörper 14 geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung 2 versehen und die Wegmesseinrichtungen 2 mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sind, besteht aus Momentenmesseinrichtungen 3, wobei jeweils eine zwischen dem Messarm 1 oder den Messarmen 1 einer Ebene und dem beweglich geführtem Bestandteil 4 der Führung angeordnet ist. Die 3 zeigt in einer Darstellung zwei Messarme 1 in einer Ebene mit zwei Schneiden 13 zur Verbindung mit dem Probenkörper 14.
Die bekannten Wegmesseinrichtungen 2 für Prüfmaschinen mit mehreren Messarmen 1 werden auch als Extensometer bezeichnet. Die Wegänderungsmesseinrichtungen ergänzen Extensometer so, dass deren Genauigkeit gesteigert wird. Die Momentenmesseinrichtungen 3 können dabei sowohl in Extensometer mit linearen Wegmesssystemen 5 (Darstellung in der 1) als auch mit Winkelmesseinrichtungen 6 (Darstellung in der 2) jeweils als Wegmesseinrichtung 2 angeordnet werden. Die geführten Bestandteile der Messarme 1 als spielfrei vorgespannte Führungswagen an einer Führungssäule 7 sind je Führungswagen über eine bekannte und dadurch in den 1 und 2 nicht dargestellten Kupplung mit einer Kombination aus einem Motor 8 und einer Bremse 9 gekoppelt. Der Führungswagen auf der einen Seite ist über ein Zugmittel 10, das über eine Rolle 11 geführt ist, mit Gewichten 12 auf der anderen Seite verbunden. Die Rolle ist mit einer Seite der Kupplung verbunden.
Durch die Platzierung jeweils einer Momentenmesseinrichtung 3 zwischen dem Führungswagen und dem Messarm 1 oder den Messarmer 1 wird dessen oder deren Kippmoment ΔM_K1, ΔM_K2 gegenüber dem Führungswagen gemessen. Bei zwei Messarmen 1 je Ebene sind diese parallel zueinander, gelenkig und federnd miteinander verbunden.
Die Momentenmesseinrichtungen 3 sind mit der Datenverarbeitungseinrichtung so zusammengeschaltet, dass zum einen die Länge ΔL₁, ΔL₂ der Bewegung des Messarmes 1 oder der in einer Ebene angeordneten Messarme 1 und/oder zum anderen deren oder dessen dadurch hervorgerufenen Momente ΔM_L1, ΔM_L2 einschließlich der Kippmomente ΔM_K1, ΔM_K2 gegenüber dem Führungswagen unabhängig voneinander werden. Dadurch können

– die Länge ΔL₁, ΔL₂ kleinster Bewegungen durch eine Veränderung der Verschiebekraft F_Zug und der dadurch hervorgerufenen Kippmomente ΔM_K1, ΔM_K2 des Messarmes 1 oder der Messarme 1 und/oder
– die Länge ΔL₁, ΔL₂ der Bewegungen der Messarme 1 bei der Kopplung mit dem Proben körper 14 und/oder
– über ein durch die Berührung des Messarmes 1 oder der Messarme 1 hervorgerufenes Moment ΔM_K1, ΔM_K2 die Position des Probenkörpers 14 und/oder von Prüfwerkzeugen gemessen werden.

Mit derartigen Anordnungen können unter anderem zwei verschiedene Regelkreise realisiert werden.
Das ist zum einen ein probengeführter Regelkreis zur gezielten Veränderung der Verschiebekraft (Darstellung in der 6). Die Bewegung der Messarme 1 hervorgerufen durch den Probenkörper 14 mit dem diese gekoppelt sind führt zu Bewegungen der Führungswagen und zu den Messwerten M₁ und M₂. Die Momentenmesseinrichtungen 3 liefern die Werte für die Momente M_K1 und M_K2 der Messarme 1 bei deren Bewegung durch den Probenkörper 14. Diese Werte bilden die Grundlage für die Bremsen 9, die über Bremsregler angesteuert werden und die Bewegung der Messarme 1 beeinflussen. Der Korrekturwert für die Prüfmaschine wird wie folgt berechnet: ΔL = (M1 + MK1) – (M2 + MK2) /1/
Das ist zum anderen ein Regelkreis für eine motorische Nachführung der Messarme 1 (Darstellung in der 7).
Die Bewegung der Messarme 1, hervorgerufen durch den Probenkörper 14 mit dem diese gekoppelt sind, führt zu auftretenden Momenten M_K1 und M_K2. Bei Auftreten dieser Momente M_K1 und M_K2 werden die Motore über die jeweilige Motorsteuerung angesteuert, so dass die Führungswagen bewegt werden. Diese Bewegungen führen zu den Messwerten M₁ und M₂. Aus den Werten der Momente M_K1 und M_K2 der Messarme 1 und den Messwerten M₁ und M₂ als Längen der Bewegungen der Messarme 1 wird der Korrekturwert für die Prüfmaschine entsprechend /1/ wie folgt berechnet: ΔL = (M1 + MK1) – (M2 + MK2) /1/
Die Momentenmesseinrichtung besteht in einer ersten Ausführungsform aus einem Federkörper 15 mit vier Dehnungsmessstreifen 16 auf Oberflächen des Federkörpers 15, wobei die Dehnungsmessstreifen 16 ein Bestandteil einer mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschalteten Messschaltung ist. Jeweils zwei Dehnungsmessstreifen 16a/16c und 16b/16d befinden sich symmetrisch zur neutralen Biegefaser des Federkörpers 15 auf demselben. Die Dehnungsmessstreifen 16 sind mechanisch-elektrische Wandler, deren elektrischer Wider standswert sich linear mit der Dehnung ändert. Die vier Dehnungsmessstreifen 16 sind zu einer Vollbrücke 17 als Messschaltung zusammengeschaltet, so dass auch kleinste Biegungen messbar sind. Die Darstellung in der 5 zeigt jeweils prinzipiell eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Federkörpers 15 mit Dehnungsmessstreifen 16 und eine Vollbrücke 17 mit den Dehnungsmessstreifen 16 mit U₀ als Quellenspannung und U_M als Messspannung. Über die Anschlüsse für die Quellenspannung U₀ und die Messspannung U_M ist die Vollbrücke 17 mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschaltet.
Parallel zum Federkörper 15 und parallel zu dessen Biegefaser sind geteilte Körper als Überlastansehläge 18 angeordnet. Der Federkörper 15 und die Körper als Überlastanschläge 18 sind vorteilhafterweise ein Körper (Darstellung in der 4). Die Teilung weist vorteilhafterweise eine Stufenform aus, so dass ein gegenseitiges Verschieben der Körper als Überlastanschläge 18 weitestgehend vermieden wird.
In einer zweiten Ausfiührungsform besteht die Momentenmesseinrichtung 3 aus zwei piezoelektrischen Wandlern als Piezokeramikplatten 19. An den mit Zug oder Druck belasteten Oberflächen der Piezokeramikplatten 19 entstehen als Spannungen messbare Ladungen entgegengesetzter Polarität, die der wirkenden Kraft proportional sind.
In einer dritten Ausführungsform ist die Momentenmesseinrichtung 3 ein Federkörper 15 in Verbindung mit einem kapazitiven Geber 20. Der kapazitive Geber 20 stellt einen Wandler zur Umformung einer geometrischen Größe in eine Kapazitätsänderung dar, wobei diese durch eine Abstandsänderung hervorgerufen wird. Der kapazitive Geber 20 stellt einen Plattenkondensator mit zwei Platten 21a, 21b und Luft als Dielektrikum dar. Eine Nut 22 und ein darin hineinragender hakenförmiger Körper 23 stellt einen Überlastanschlag 18 dar.
In weiteren Ausführungsformen des Ausführungsbeispiels

– ist die Momentenmesseinrichtung 3 ein Bestandteil des Messarmes 1 selbst oder
– können sich die Dehnungsmessstreifen 16 auf den Messarmen 1 befinden, wobei vier Dehnungsmessstreifen 16 jeweils zwei parallel zur neutralen Biegefaser des Messarmes 1 aufgebracht und zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet als Messschaltung mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschaltet sind.

Claims

Wegänderungsmesseinrichtung für bewegliche Messarme für Prüfmaschinen, wobei Messarme mit einem Abstand zueinander mit dem Probenkörper gekoppelt, parallel zum Probenkörper geführt und jeweils mit einer Wegmesseinrichtung versehen und die Wegmesseinrichtungen mit einer Auswerte einrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, – dass jeweils zwischen entweder dem Messarm (1) oder den Messarmen (1) einer Ebene und dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung eine Momentenmesseinrichtung (3) zur Messung des Kippmomentes (ΔM_K1, ΔM_K2) gegenüber dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung angeordnet ist oder – dass eine Momentenmesseinrichtung (3) zur Messung des Kippmomentes (ΔM_K1, ΔM_K2) zwischen dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung und dem Messarm (1) oder jeweils den Messarmen (1) angeordnet ist, wobei die Momentenmesseinrichtung (3) ein Bestandteil des Messarmes (1) ist, und – dass die Momentenmesseinrichtungen (3) mit der als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildeten Auswerteeinrichtung so zusammengeschaltet sind, dass entweder zum einen das Kippmoment (ΔM_K) des Messarmes (1) oder die Kippmomente (ΔM_K1, ΔM_K2) der Messarme (1) der Ebene oder zum anderen die Länge der Bewegung eines Messarmes (1) oder der in einer Ebene angeordneten Messarme (1) und dessen Kippmoment (ΔM_K) oder deren Kippmomente (ΔM_K1, ΔM_K2) jeweils gegenüber dem beweglich geführten Bestandteil (4) der Führung des Messarmes (1) oder der Messarme (1) unabhängig voneinander gemessen werden.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung so mit der Wegmesseinrichtung (2) und der Momentenmesseinrichtung (3) zusammengeschaltet ist, dass die Länge kleinster Bewegungen durch eine Veränderung der Verschiebekraft und der dadurch hervorgerufenen Kippmomente (ΔM_K1, ΔM_K2) der Messarme (1) und/oder dass die Länge der Bewegungen der Messarme (1) bei der Kopplung mit dem Probenkörper gemessen werden.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung so mit der Wegmesseinrichtung (2) und der Momentenmesseinrichtung (3) zusammengeschaltet ist, dass die Länge kleinster Bewegungen durch eine Veränderung der Verschiebekraft und der dadurch hervorgerufenen Kippmomente (ΔM_K1, ΔM_K2) der Messarme (1) und/oder dass die Länge der Bewegungen der Messarme (1) bei der Kopplung mit dem Probenkörper (14) gemessen werden und dass die Länge kleinster Bewegungen durch die Veränderung der Verschiebekraft und der dadurch hervorgerufenen Kippmomente (ΔM_K1, ΔM_K2) der Messarme (1) ein Maß für die Nachregelung der Position der Messarme (1) über deren Antrieb ist.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung so mit der Wegmesseinrichtung (2) und der Momentenmesseinrichtung (3) zusammengeschaltet ist, dass über ein durch die Berührung des Messarmes (1) oder der Messarme (1) hervorgerufenes Kippmoment (ΔM_K1, ΔM_K2) die Position des Probenkörpers (14) und/oder von Prüfwerkzeugen gemessen werden.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenmesseinrichtung (3) ein Federkörper (15) mit wenigstens einem Dehnungsmessstreifen (16) auf einer Oberfläche des Federkörpers (15) ist und dass der Dehnungsmessstreifen (16) ein Bestandteil einer mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschalteten Messschaltung ist.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenmesseinrichtung (3) ein Federkörper (15) mit mehreren Dehnungsmessstreifen (16) symmetrisch zur neutralen Biegefaser des Federkörpers (15) ist und dass die Dehnungsmessstreifen (16) Bestandteile einer mit der Datenverarbeitungseinrichtung zusammengeschalteten Messschaltung sind.
Wegänderungsmesseinrichtung nach einem der Patentansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Federkörper (15) und parallel zu dessen Biegefaser entweder geteilte Körper und/oder kürzere Körper als der Federkörper (15) als Überlastanschläge (18) angeordnet sind.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenmesseinrichtung wenigstens ein piezoelektrischer Wandler ist.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenmesseinrichtung ein Federkörper (15) in Verbindung mit einem kapazitiven Geber ist.
Wegänderungsmesseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenmesseinrichtung ein Federkörper in Verbindung mit einem optischen System bestehend aus einem Lichtsender, einem Übertragungsmedium und einem Lichtempfänger ist und dass der Lichtsender mit dem Federkörper gekoppelt ist, wobei über den Lichtempfänger die Intensität der elektromagnetischen Strahlen des Lichtsenders gemessen werden.