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Vorrichtung zum Messen von Ob erflächenverformungen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Oberflächenverformungen, insbesondere von
Dehnungen und Krümmungen, bei der in einer senkrecht zur Meßfläche stehenden Ebene
zwischen zwei auf der Meßfläche angebrachten Stützen zwei auf die Verformung ansprechende
Meß elemente, beispielsweise Widerstandsdrähte, unter Verwendung von Lenkersystemen
angeordnet sind. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die beiden Meßelemente zwischen
fest auf der Meßfläche angeordneten Stützen anzubringen, von denen das eine unmittelbar
an den Stützen und das andere über Lenker zwischen der einen Stütze und der Verbindung
des ersten Meßelements mit der anderen Stütze gelenkig gelagert sind. Diese Meßvorrichtung
ist jedoch noch insoweit unvollkommen, als Dehnungen und Krümmungen noch nicht getrennt
unmittelbar je ein Meßelement beeinflussen, da beispielsweise bei Dehnungen beide
Meßelemente ansprechen.
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Zum Messen von Oberflächenverformungen sind außerdem bereits Vorrichtungen
bekannt, deren Stützen entweder auf Spitzen gelagert sind oder bei denen die Stützen
mit der Meßfläche fest verbunden sind. Bei diesen Meßgeräten sind die Meßelemente
zwischen den Stützen angeordnet und elastisch mit ihnen verbunden. Dabei können
die auf Spitzen gelagerten Meßgeräte lediglich zur Messung der Dehnung benutzt werden.
Die Meßgeräte, deren Stützen mit der Meßfläche fest verbunden sind, werden sowohl
durch Dehnungen als auch durch Krümmungen der Meßfläche beeinflußt, so daß infolge
der Überlagerung der beiden Einflüsse der wirkliche Wert der Krümmung oder Dehnung
nicht festzustellen ist.
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Es sind auch Dehnungsmesser bekannt, dessen gegeneinander bewegliche
Teile zur starren Verbindung mit den Endpunkten einer Meßstrecke eingerichtet sind
und die aus zwei parallel zur Meßstrecke übereinander angeordneten Meßsystemen bestehen,
welche zwei Meßwerte in verschiedenem Abstand von der neutralen Faser des Prüflings
ergeben. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind auf dem Prüfling im Abstand der Meßstrecke
konische Stifte aufgelötet, auf die ein zweistöckiger induktiver Dehnungsmesser
aufgesetzt und mittels Muttern in seiner Lage gesichert wird. Der Dehnungsmesser
besteht aus zwei Meßsystemen, von denen jedes für sich als Transformator mit Luftspalt
ausgebildet ist. Für die Luftspalte ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen.
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Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es möglich, außer der Gesamtdehnung
der Meßstrecke auch die durch Biegung des Prüflings hervorgerufene Längenänderung
zu erfassen. Ergibt die Messung bei diesem bekannten Dehnungsmesser unterschiedliche
Änderungen der Luftspalte, die sich in einem bestimmten Abstand von der Randfaser
bzw. der Oberfläche des Prüflings befinden, so kann hieraus die Dehnung in der neutralen
Faser und die Dehnung in der Randfaser festgestellt werden.
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Die Erfindung bezweckt, die oben näher erläuterten Vorrichtungen
vorteilhaft zu verbessern und deren Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung besteht
darin, daß bei einer Vorrichtung zum Messen von Oberflächenverformungen, insbesondere
von Dehnungen und Krümmungen, bei der in einer senkrecht zur Meßfläche stehenden
Ebene zwischen zwei auf der Meßfläche angebrachten Stützen zwei auf die Verformung
ansprechende Meß elemente, beispielsweise Widerstandsdrähte, unter Verwendung von
Lenkersystemen angeordnet sind, die beiden Meßelemente in derart ausgebildeten Lenkersystemen
angeordnet sind, daß bei Dehnung der Meßfläche nur das eine Meßelement und bei Krümmung
der Meßfläche nur das andere Meßelement beeinflußt wird. Durch diese Anordnung kann
in jedem Fall, auch bei gleichzeitigem Auftreten einer Dehnung und einer Krümmung,
die wahre Größe beider Oberflächenverformungen unabhängig voneinander an je einem
Meßelement abgelesen werden.
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Zweckmäßig werden bei einer Vorrichtung, bei der parallel zu den
auf der Meßfläche starr angebrachten Stützen Lenker angeordnet sind, die beiden
Meßelemente über Zwischenlenker jeweils mit den Lenkern einzeln gelenkig verbunden.
Bei dieser Anordnung wird außerdem der eine Lenker an dem oberen Ende der einen
Stütze und der andere Lenker im unteren Drittel der anderen Stütze drehbar angelenkt.
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Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich durch eine außerordentliche
Meßgenauigkeit aus und ist sowohl bei statischen als auch bei dynamischen Messungen
zu verwenden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die beiden Stützen
durch einen an den oberen Enden
der Stützen angelenkten Lenker verbunden,
und das eine Meßelement wird über Zwischenlenker an den beiden Stützen und das andere
Meßelement wird an der einen Stütze und dem einen Lenker über weitere Zwischenlenker
gelenkig befestigt. Hierbei besteht die nur ein Meßelement haltende Stütze vorteilhaft
aus zwei über ein Gelenk verbundenen Teilen. In Abwandlung dieser Ausführungsform
kann die eine Stütze in an sich bekannter Weise schneidenförmig ausgebildet sein
und mittels einer zwischen dem Lenker und der Stütze angeordneten Zugfeder gegen
die Meßfläche gedrückt werden. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders
einfachen Aufbau aus. Dabei ist das mit beiden Stützen auf der Meßfläche befestigte
Meßgerät in erster Linie für dynamische Messungen gedacht, während das nur mit einer
Stütze an der Meßfläche befestigte Meßgerät für statische Messungen vorgesehen ist.
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Weiterhin hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Stützen und
die Lenker aus einem einzigen Stück Stahlblech herzustellen und die gegenseitigen
gelenkigen Lagerungen als Federgelenke auszubilden.
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An Hand der Zeichnungen sind drei Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Die in Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung
besteht aus zwei Stützen 1 und 2, die parallel zueinander auf einer Meßfläche3 beispielsweise
durch Verlöten, Verschrauben oder Verkleben befestigt sind. An jeder der beiden
Stützen 1 und 2 ist je ein Lenker 4 bzw. 5 im wesentlichen parallel zu den Stützen
1, 2 mittels eines Gelenkes angebracht. Zwischen denLenkern4 und 5 sind annähernd
parallel zur Meßfläche zwei Meßelemente 6 und 7 über Zwischenlenker 8 und 9 bzw.
10 und 11 befestigt. Ferner ist jeder der beidenLenker4,5über einenweiterenLenker
12 bzw. 13 mit der gegenüberliegenden Stütze2 bzw. 1 mittels an seinen Enden angeordneter
Gelenke verbunden.
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Durch eine entsprechende Wahl der Ubersetzungsverhältnisse der Lenker
4 und 5 wird erreicht, daß das Meßelement7 nur durch die Krümmung der Meßfläche
und das Meßelement 6 nur durch die Dehnung der Meßfläche beeinflußt wird. Werden
die Abmessungen der Lenker4, 5 so gewählt, daß AB : AC = A'B': A'C' ist, so wird
bei einer reinen Dehnung ohne Krümmung der Meßfläche der Punkt C um den gleichen
Betrag nach rechts bewegt wie der Punkt C'. Das Meßelement 7 wird daher nicht gedehnt,
sondern nur verschoben, im Gegensatz zu dem Meßelement 6, das einer Dehnung unterworfen
wird.
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Treten Beanspruchungen auf, die beispielsweise eine konvexe Krümmung
der Meßfläche erzeugen, dann bewegt sich der Punkt B um den gleichen Betrag nach
rechts wie der Punkts. Der Punkt D bewegt sich infolgedessen um einen größeren Betrag
nach rechts.
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Dieser Betrag ist entsprechend dem Verhältnis AD: AB vergroßert. Der
Punkt' hingegen bewegt sich um einen Betrag nach rechts, der im Verhältnis EB' :
BP gegenüber dem Weg des Punktes F verkleinert ist. Da das Meßelement 6 durch eine
Krümmung der Meßfläche unbeeinflußt bleiben soll, mußt der Punkts den gleichen Weg
zurücklegen wie der PunktD. Daher muß das übersetzungsverhältnis A'B': A'D' so bemessen
sein, daß diese Wegänderungen wieder ausgeglichen werden, d. h., es muß A'B': A'D'
= (AB: AD) (EB': EF) sein. Wird andererseits die Bewegung der Stütze 2 beachtet,
so ist ersichtlich, daß B"E':AE' = (A'B':A'D? (AD : AB) sein muß. Weiterhin ist
erforderlich, daß eine Kippung der Stütze 2 einen gleich großen Ausschlag des Meßelements
7 bewirkt
wie eine gleiche Kippung der Stütze. Daher muß E'B" = EB' und E'A = EF
sein. Bei Vorliegen dieser Abmessungen wird das Meßelement 6 durch eine reine Krümmung
der Meßfläche nicht beeinflußt, dagegen durch eine Dehnung der Meßfläche. Umgekehrt
spricht das Meßelement 7 auf eine Krümmung der Meßfläche an, wird aber bei reiner
Dehnung nicht beeinflußt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Diese
Vorrichtung umfaßt eine einteilige Stütze 14 und eine weitere aus zwei über ein
Gelenk miteinander verbundenen Teilen 15 und 16 bestehende Stütze. Dabei ist die
eine Stütze 14 und der Teil 16 der anderen Stütze auf einer Meßfläche 17 beispielsweise
durch Löten starr befestigt. Die Enden der Stützen 14 bzw. 15 sind durch einen Lenker
18, der beiderseits gelenkig gelagert ist, verbunden. Zwischen den beiden Stützen
14 bzw. 15, 16 ist ferner das eine Meßelement 19 über Zwischenlenker 20 und 21 bebefestigt
Ein zweites Meßelement 22 ist ebenfalls über Zwischenlenker 23 und 24 zwischen der
Stütze 14 und dem Lenker 18 angeordnet. Die Verbindungslinie der Gelenkpunkte des
Lenkers 18 verläuft parallel zu der Linie GH. Das gleiche gilt für die Verbindungslinie
der Gelenkpunkte der Zwischenlenker 20 und 21, an denen das Meßelement 19 befestigt
ist. Bei dieser Ausbildung wird ebenfalls das Meßelement 19 nur durch Dehnungen
und das Meßelement 22 nur durch Krümmungen beeinflußt. Allerdings handelt es sich
dabei nicht genau um die Dehnung bzw. Krümmung der Meßfläche, sondern um die entsprechenden
Veränderungen einer gedachten Linie innerhalb des Prüfkörpers, die parallel zu GH
verläuft. Der Winkel zwischen der Linie GH und der Meßfläche 17 muß daher so klein
wie möglich gehalten werden, um den hierdurch bedingten Fehler auf einem möglichst
geringen Wert zu halten.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz
zu den bisher beschriebenen Vorrichtungen nur die eine Stütze 25 starr auf einer
Meßfläche 26 befestigt, während eine zweite Stütze 27 ein schneidenförmiges unteres
Ende 28 aufweist, mit dem sie auf der Meßfläche26 ruht. Zwischen den Enden der beiden
Stützen 25 und 27 ist in ähnlicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ein
Lenker 29 und über Zwischenlenker 30 und 31 ein Meßelement 32 beiderseits beweglich
gelagert. Ein zweites Meßelement 33 ist über Zwischenlenker 34 und 35 zwischen der
starr an der Meßfläche 26 befestigten Stütze 25 und dem Lenker 29 angeordnet. Endlich
ist zwischen der Stüzte 25 und dem Lenker 29 noch eine Zugfeder 36 vorgesehen, die
das Andrücken der Schneide28 der Stütze 27 auf die Meßfläche26 bewirkt. Die Verbindungslinie
der Gelenkpunkte des Lenkers 29 verläuft dabei parallel zu der Meßfläche 26. Bei
reiner Dehnung der Meßfläche 26 ändert das Dreieck KLM seine Gestalt nicht. Infolgedessen
spricht das Meßelement 33 nicht an. Dagegen wird das Meßelement 32 bei Dehnung beeinflußt.
Bei reiner Krümmung der Meßfläche bleiben die Stützen 25 und 27 parallel zueinander.
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Infolgedessen spricht das Meßelement 32 nicht an.
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Dagegen ändert sich die Länge der Strecke KM, wodurch auf das Meßelement
33 eingewirkt wird.
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Durch Anordnung mehrerer Vorrichtungen in zur Meßfläche senkrechten
Ebenen können Verformungen in jeder gewünschten Richtung gemessen werden.
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Bei praktischen Ausführungsformen werden im allgemeinen Federgelenke
verwendet werden. Die Glieder der Vorrichtung werden dann vorteilhaft aus einem
Stück Stahlblech hergestellt. In einem solchen Fall kann auch die Feder 36 entfallen,
wenn die nötige Anpreßkraft
für die Schneide 28 von den Federgelenken
erzeugt wird.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zum Messen von Oberflächenverformungen,
insbesondere von Dehnungen und Krümmungen, bei der in einer senkrecht zur Meßfläche
stehenden Ebene zwischen zwei auf der Meßfläche angebrachten Stützen zwei auf die
Verformung ansprechende Meß elemente, beispielsweise Widerstands drähte, unter Verwendung
von Lenkersystemen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßelemente
(6, 7 bzw. 19> 22 bzw. 32, 33) in derart ausgebildeten Lenkersystemen angeordnet
sind, daß bei Dehnung der Meßfläche nur das eine Meßelement (6, 19, 32) und bei
Krümmung der Meßfläche nur das andere Meßelement (7, 22, 33) beeinflußt wird.