DE112007001567T5

DE112007001567T5 - Dehnungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE112007001567T5
Application number: DE112007001567T
Authority: DE
Inventors: Timothy A. Hopewell Vik; Jeffry N. Dunlap Sundermeyer
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2009-05-07
Also published as: US7472599B2; WO2008005077A1; US20080011085A1

Abstract

Dehnungsmesseinrichtung (32), enthaltend:
ein hohles, zylindrisches Element (34), das eine Innenoberfläche (40) und eine Außenoberfläche (42) aufweist, wobei die Außenoberfläche einen Außendurchmesser (D2) aufweist, der ungefähr in der Größe einem Innendurchmesser (D1) einer Innenoberfläche (38) einer zylindrischen Bohrung (30) eines Strukturbauteils entspricht, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen;
wobei das hohle, zylindrische Element angepasst ist, zur Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils so zu passen, dass Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird; und
ein oder mehrere Dehnungsmesselement(e) (36), das/die an der Innenoberfläche des hohlen, zylindrischen Elements angebracht ist/sind und ausgelegt ist/sind, Dehnung zu erfassen, die durch das hohle, zylindrische Element vorgezeigt wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Dehnungsmesseinrichtung und, insbesondere, auf eine Dehnungsmesseinrichtung, die gestaltet ist, innerhalb eines Strukturbauteils eingefügt zu werden.
Hintergrund
Maschinen, wie z. B. Baumaschinen (z. B. Schlepper, Bulldozer, Lader, Schürfraupen, oder andere solche Arbeitsgeräte) können eine beliebige Anzahl von Strukturbauteilen aufweisen, die Gegenstand eines Ermüdungsschadens sind, was zu Bauteilversagen führen könnte. Ein Verfahren zum Überwachen von Ermüdungsschaden auf einer Maschinenstruktur ist es, eine manuelle, direkte, visuelle Überprüfung durchzuführen, um nach einem tatsächlichen Ermüdungsschaden zu suchen. Ein solches Verfahren kann jedoch aus verschiedenen Gründen unpraktisch sein. Zunächst ist eine solche Überprüfung möglicherweise nicht so umfassend, wie es gewünscht ist. Dies kann teilweise auf die Schwierigkeit zurückzuführen sein, Zugang zu einigen Bauteilen der Maschine zu haben, wie wenn die fragliche Struktur verborgen ist und nicht betrachtet werden kann, ohne einen Bereich der Maschine abzubauen. Zweitens kann eine manuelle Inspektion von Strukturbauteilen nur auf einer periodischen Basis durchgeführt werden, wobei jedoch Ermüdungsschaden und daraus resultierendes katastrophenartiges Versagen trotzdem zwischen Überprüfungen auftreten können. Drittens kann eine manuelle, direkte Überprüfung Ermüdungsschaden entdecken, der sich durch erkennbare Risse äußert, aber kann möglicherweise nicht in der Lage sein, einen Ermüdungsschaden zu entdecken, ehe Risse auftreten, oder die verbleibende Ermüdungslebensdauer vorherzusagen. Während eine manuelle Überprüfung einen bestimmten Einblick in einen Schaden geben kann, der für einen Inspektor sichtbar ist (z. B. große sichtbare Risse in einem Maschinenbauteil), ist ein interner Schaden möglicherweise nicht unmittelbar durch manuelle Überprüfung offensichtlich (z. B. kleine interne Risse in einem Bauteil).
Einige Systeme wurden vorgeschlagen, die verschiedene Wege zum Überwachen von Strukturen auf elektronische Weise zum Erfassen von Ermüdungsschaden verwenden. Beispielsweise enthalten einige Systeme Dehnungsmesser, die auf einer Außenoberfläche eines Strukturbauteils montiert sind. Ein solcher Montageort positioniert jedoch oftmals die Dehnungsmesser versetzt zur neutralen Achse des Strukturbauteils, was zu Fehlern beim Messen von Dehnung aufgrund von Biegung in dem Strukturbauteil anstatt der Dehnung (z. B. Scherung, Längenänderung, Torsion) führen kann. Zusätzlich haben einige Maschinen Strukturbauteile, die in rauen Umgebungen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass eine Forstmaschine zwischen Bäumen und Büschen mit Zweigen betrieben wird, die extern montierte Messgeber und zugehörige Ausrüstung beschädigen können. Systeme wurden entwickelt, die drahtlose Dehnungsmesseinrichtungen verwenden. Drahtlos große Datenvolumen zu übertragen, die aus einer raschen Abtastung resultieren, ist jedoch möglicherweise nicht immer praktisch oder möglich. Zusätzlich kann das Zuführen von Leistung zu solchen drahtlosen Dehnungsmesseinrichtungen auch eine Herausforderung darstellen.
Andere Systeme wurden entwickelt, die intern montierte Dehnungsmesseinrichtungen beinhalten. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 6,858,809 für Bender („das '809 Patent") ein System, das intern montierte Dehnungsmesseinrichtungen enthält, die angepasst sind, Dehnungsmessungen vorzunehmen. Das System des '809 Patents enthält ein Dehnungsmesselement, das direkt an der inneren Oberfläche einer Bohrung innerhalb eines Drehstifts montiert ist.
Während das System des '809 Patents ein intern montiertes Dehnungsmesselement vorsehen kann, kann das Montieren von solchen Elementen direkt an der inneren Bohrung schwierig sein. Das '809 Patent bietet wenig Einzelheiten im Hinblick auf die Struktur von solchen Dehnungsmesseinrichtungen und wenig Information, wie solche Einrichtung zu montieren sind. Das Nachrüsten von solchen Einrichtungen kann merkliche Herausforderungen darstellen, insbesondere für Maschinen, die nicht an oder in der Nähe einer Einrichtung stationiert sind, bei der der Einbau durchgeführt werden kann, und/oder für Maschinen, die nicht leicht zu solchen Orten bewegbar sind.
Die vorliegende Beschreibung ist auf Verbesserungen von Ermüdungsbewertungssystemen gerichtet.
Darstellung der Erfindung
In einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Dehnungsmesseinrichtung gerichtet. Die Dehnungsmesseinrichtung kann ein hohles, zylindrisches Element enthalten, das eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist. Die äußere Oberfläche kann einen Außendurchmesser haben, der näherungsweise in der Größe einem Innendurchmesser einer inneren Oberfläche einer zylindrischen Bohrung eines Strukturbauteils entspricht, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen. Das hohle, zylindrische Element kann angepasst sein, dass es mit der inneren Oberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils zusammenpasst, so dass Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird. Die Dehnungsmesseinrichtung kann auch ein Dehnungsmesselement oder mehrere Dehnungsmesselemente enthalten, das/die an der inneren Oberfläche des hohlen, zylindrischen Elements angebracht ist/sind, und angepasst ist/sind, Dehnung zu erfassen, die das hohle, zylindrische Element aufweist.
Bei einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das eine Dehnungsmesseinrichtung in einem Strukturbauteil einbaut, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen. Das Verfahren kann das Einführen eines hohlen, zylindrischen Elements in eine zylindrische Bohrung in dem Strukturbauteil enthalten. Das hohle, zylindrische Element kann ein Dehnungsmesselement oder mehrere Dehnungsmesselemente enthalten, das/die an einer inneren Oberfläche des hohlen, zylindrischen Elements angebracht ist/sind, so dass das eine Dehnungsmesselement oder die mehreren Dehnungsmesselemente angepasst ist/sind, Dehnung zu erfassen, die das hohle, zylindrische Element aufweist. Das hohle, zylindrische Element kann eine Außenoberfläche haben, die einen Außendurchmesser aufweist, der näherungsweise in der Größe dem Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils entspricht. Zusätzlich kann das hohle, zylindrische Element mit der Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils so zusammenpassen, dass die Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Maschine, die eine Dehnungsmesseinrichtung gemäß bestimmten beschriebenen Ausführungsformen aufweisen kann.
2 ist eine schematische Explosionsansicht einer Dehnungsmesseinrichtung und eines Strukturbauteils, auf das sie abgestimmt sein kann, auf eine Weise, die konsistent mit bestimmten beschriebenen Ausführungsformen ist.
3 ist eine Ansicht der Dehnungsmesseinrichtung in 2, die in einem Strukturbauteil eingebaut ist.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Einzelnen auf beispielhafte Ausführungsformen und Darstellungen Bezug genommen. Wo immer möglich, werden die gleichen Referenzzeichen in den Zeichnungen durchgängig verwendet, um auf die gleichen oder entsprechende Bauteile zu verweisen. Während spezielle Konfigurationen und Anordnungen diskutiert werden, sollte verstanden werden, dass dies nur aus veranschaulichenden Zwecken gemacht wird.
1 stellt eine Maschine 10 dar. Die Maschine 10 kann einen Rahmen 12, eine Leistungsquelle 14, ein Arbeitsgerät 16, eine Bedienerstation 18 und ein Strukturbauteil 20 enthalten.
Wenngleich die Maschine 10 als ein Fahrzeug gezeigt ist, könnte die Maschine 10 jede Art von mobiler oder stationärer Maschine sein. Im Fall einer mobilen Maschine kann die Maschine 10 eine oder mehrere Beförderungseinrichtungen 22 aufweisen. Die Beförderungseinrichtungen 22 können von jeder Art von Beförderungseinrichtungen sein, wie beispielsweise Räder, wie es in 1 gezeigt ist, Raupen, Riemen oder irgendwelche Kombinationen davon.
Die Leistungsquelle 14 kann an dem Rahmen 12 montiert sein und jede Art von Leistungsquelle enthalten. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 14 ein Verbrennungsmotor sein, wie z. B. ein Benzinmotor, ein Dieselmotor, ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Motor oder irgendein anderer Abgas produzierender Motor. Alternativ kann die Leistungsquelle 14 ein Elektromotor oder jede andere Art von Leistungsquelle sein.
Das Arbeitsgerät 16 kann jede Art von Arbeitsgerät oder Werkzeug enthalten, das angepasst ist, das Bewältigen von einer oder mehreren Aufgaben zu vereinfachen. Beispielsweise kann das Arbeitsgerät 16 ein Bauarbeitswerkzeug sein, wie z. B. eine Laderschaufel, wie es in 1 dargestellt ist. Andere mögliche Bauarbeitswerkzeuge können Schaufeln, Bohrerbits, Presslufthammer, Polypgreifer, usw. enthalten. Das Arbeitsgerät 16 kann auch andere Arten von Werkzeugen, wie z. B. Klemmen, Pressen, usw. enthalten.
Das Strukturbauteil 20 kann angepasst sein, mechanischer Belastung zu unterliegen. Das Strukturbauteil 20 kann irgendein Strukturbauteil der Maschine 10 sein, wie z. B. der Rahmen 12, das Arbeitsgerät 16, eine Stützstruktur 26 für das Arbeitsgerät 16 oder irgendein anderes Strukturbauteil, das möglicherweise mechanischer Belastung unterliegt. In einigen Ausführungsformen kann das Strukturbauteil 20 einen Drehstift 27 enthalten, wie es in 1–3 gezeigt ist.
Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, kann das Strukturbauteil 20 eine zylindrische Bohrung 30 enthalten, die angepasst ist, eine Dehnungsmesseinrichtung 32 aufzunehmen. Die Dehnungsmesseinrichtung 32 kann angepasst sein, Dehnung zu messen, die das Strukturbauteil 20 erfährt. Die Dehnungsmesseinrichtung 32 kann ein hohles, zylindrisches Element 34 enthalten, das angepasst ist, innerhalb der zylindrischen Bohrung 30 positioniert zu werden, und zumindest ein Dehnungsmesselement 36, das an dem hohlen, zylindrischen Element 34 angebracht ist.
Die zylindrische Bohrung 30 kann eine Innenoberfläche 38 aufweisen, die einen Innendurchmesser D1 definiert. Das hohle, zylindrische Element 34 der Dehnungsmesseinrichtung 32 kann innerhalb der zylindrischen Bohrung 30 des Strukturbauteils 20 positioniert sein, wie es in 3 dargestellt ist. Das hohle, zylindrische Element 34 kann eine Innenoberfläche 40 und eine Außenoberfläche 42 haben. Die Außenoberfläche 42 kann einen Außendurchmesser D2 aufweisen, der näherungsweise in der Größe dem Innendurchmesser D1 der zylindrischen Bohrung 30 des Strukturbauteils 20 entspricht. Das hohle, zylindrische Element 34 kann zusammenpassend zu der Innenoberfläche 38 der zylindrischen Bohrung 30 des Strukturbauteils 20 sein, so dass Dehnung im Strukturbauteil 20 in Dehnung im hohlen, zylindrischen Element 34 umgesetzt wird. Damit dies geschieht, kann das hohle, zylindrische Element 34 an der Innenoberfläche 38 der zylindrischen Bohrung 30 befestigt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Außendurchmesser D2 des hohlen, zylindrischen Elements 34 bemessen sein, einen Festsitz mit der Innenoberfläche 38 der zylindrischen Bohrung 30 vorzusehen. Beispielsweise kann das hohle, zylindrische Element 34 in die zylindrische Bohrung 30 durch Presspassung eingesetzt sein. In anderen Ausführungsformen kann das hohle, zylindrische Element 34 innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung von Klebemittel, Schweißen, einem Ultraschallbefestigungsverfahren oder irgendeiner anderen Weise der Befestigung befestigt sein.
Das hohle, zylindrische Element 34 kann aus einem Material gebildet sein, das nachgiebig genug ist, um die Deformation des Strukturbauteils 20 am Knoten 28 aufgrund der Befestigung der Außenoberfläche 42 des hohlen, zylindrischen Elements 34 an der Innenoberfläche 38 der zylindrischen Bohrung 30 im Strukturbauteil 20 nachzuahmen. Beispielhafte Materialien können Kunststoffe, nachgiebige Metalle, Komposite oder irgendein anderes Material enthalten, das sich in einer linearen, elastischen Weise unter den Arten der Belastung, die erwartet werden, dass sie durch das Strukturbauteil 20 erfahren werden, deformiert.
Das Dehnungsmesselement 36 kann an der Innenoberfläche 40 des hohlen, zylindrischen Elements 34 angebracht sein. Das Dehnungsmesselement 36 kann angepasst sein, Dehnung zu erfassen, die durch das hohle, zylindrische Element 34 vorgezeigt wird. Die Dehnungsmesseinrichtung 32 kann gestaltet sein, jede Art von Dehnung zu messen. Beispielsweise kann die Dehnungsmesseinrichtung 32 gestaltet sein, axiale Dehnung, Scherdehnung, Torsionsdehnung oder multiaxiale Dehnung zu messen (z. B. unter Verwendung einer Einrichtung vom Rosettentyp).
Industrielle Anwendbarkeit
Die beschriebene Dehnungsmesseinrichtung kann für jedes Strukturbauteil anwendbar sein, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen. Die beschriebene Einrichtung kann angepasst sein, Dehnung in Strukturbauteilen von Maschinen zu messen. Die beschriebene Einrichtung kann anwendbar sein für stationäre Maschinen, wie z. B. Leistungserzeugungseinheiten, Krane, Heber, usw., ebenso wie für mobile Maschinen, wie z. B. Baugeräte, wie Lader, Raupentraktoren (z. B. Bulldozer), Schlepperfahrzeuge, Aushubmaschinen, Erdbewegungsmaschinen, usw. Die beschriebene Einrichtung kann für Maschinen von jeder Größe und ausgelegt für jeden Zweck anwendbar sein. In einigen Ausführungsformen kann die beschriebene Einrichtung angepasst sein, Dehnung in Maschinen zu messen, die sich bewegende Teile aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die beschriebene Einrichtung verwendet werden, Dehnung in mechanisch belasteten Strukturen ohne sich bewegende Teile zu messen.
Die beschriebene Dehnungsmesseinrichtung kann dazu verwendet werden, Dehnung in einem Strukturbauteil zu messen, in das sie eingeführt ist, und/oder in einem Strukturbauteil, das angrenzend an das Strukturbauteil ist, in das sie eingesetzt ist. In einigen Ausführungsformen kann die beschriebene Einrichtung dazu verwendet werden, basierend auf den gesammelten Dehnungsmessungen die Lasten zu bestimmen, die durch das Strukturbauteil 20 und/oder Strukturbauteile angrenzend dazu erfahren werden. Alternativ oder zusätzlich können die gesammelten Dehnungsmessungen dazu verwendet werden, Ermüdung im Strukturbauteil 20 oder in Strukturbauteilen angrenzend dazu zu bestimmen. Beispielsweise können Daten, die durch die Dehnungsmesseinrichtung 32, die in den Drehstift 27 eingeführt ist, gesammelt werden, dazu verwendet werden, eine Belastung am Stiftgelenk und/oder Belastung in/auf der Stützstruktur 26 zu bestimmen. Solche Daten können auch verwendet werden, um Ermüdung in der Stützstruktur 26 zu bestimmen. Ermüdungsbestimmungen können unter Verwendung von Verfahren, die den Fachleuten bekannt sind, durchgeführt werden und können die Analyse von Belastungsbereichen, der mittleren Belastung und der Zykluszahl ebenso wie eine berechnete Dehnungstensorzeithistorie an einem speziellen Ort und/oder Wählerkurven des Materials, aus dem das Strukturbauteil 20 gebildet ist, beinhalten.
Ermüdungsdaten, einschließlich gesammelter Dehnungsdaten, berechneter Dehnungen, Lasten, usw. können dazu verwendet werden, Abschätzungen der Ermüdungslebensdauer und/oder des Ermüdungsschadens für ein oder mehrere Bauteile der Maschine 10 vorzusehen. Diese Information kann verwendet werden, Einblick im Hinblick auf das Befinden der Maschine 10 vorzusehen und Information zu sammeln, die für zukünftige Gestaltungsverbesserungen der Maschinen nützlich ist. In bestimmten Ausführungsformen können die Dehnungsmessungen, die unter Verwendung der Dehnungsmesseinrichtung 32 ermittelt sind, und Ermüdungsdaten, die davon bestimmt werden, nützlich sein, um zukünftige Maschinen auszulegen, Maschinen zu betreiben, Wiederverkaufswerte basierend auf einer bekannten Abnutzung der Maschine 10 zu bestimmen und/oder zu bestimmen, warm Wartung und/oder Reparatur durchzuführen ist. Zusätzlich können solche Daten Befindensinformation vorsehen, die relevant und nützlich für eine Anzahl von Gruppen ist, einschließlich beispielsweise Maschinenbesitzer, Maschinenbediener, Maschinenkäufer, Wartungsmechaniker und Maschinenentwickler und Ingenieure. Solche relevante Information kann 1) Ermüdungsschadensdaten, 2) Ermüdungslebensdauervorhersagen, 3) extreme Belastungsfälle für ein oder mehrere Bauteile, 4) Lasthistorien auf verschiedenen Schweregraden, 5) Schadensratendaten und 6) Risserfassung enthalten. Information über Ermüdungsschaden und/oder vorhergesagte Ermüdungslebensdauer können beispielsweise relevant für diejenigen sein, die Maschinen kaufen und/oder verkaufen, die im Voraus betrieben worden sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann mehr als eine der beschriebenen Dehnungsmesseinrichtungen durch ein Überwachungssystem eingesetzt werden, das angepasst ist, Daten zu speichern und/oder zu analysieren, die durch jede Dehnungsmesseinrichtung gesammelt werden. In einigen Ausführungsformen kann die beschriebene Dehnungsmesseinrichtung einem oder mehreren Controllern zugeordnet sein, um den Betrieb der Einrichtung zu steuern, und/oder zu Prozessoren, um Daten zu verarbeiten, die durch die Einrichtung gesammelt werden. Die beschriebene Dehnungsmesseinrichtung könnte auch einem Speicher zugeordnet sein, der angepasst ist, Daten zu speichern, die durch die Dehnungsmesseinrichtung gesammelt werden. Solche Daten können in einem rohen (raw) und/oder verarbeiteten Zustand gespeichert werden. Die beschriebene Einrichtung kann auch einem Display zugeordnet sein, das angepasst ist, gesammelte Daten in einer rohen, tabulierten und/oder grafischen Darstellung darzustellen.
Die Positionierung der Dehnungsmesseinrichtung 32 innerhalb des Strukturbauteils 20 kann das Dehnungsmesselement 36 näher an der neutralen Achse des Strukturbauteils 20 positionieren. Eine solche Positionierung kann das System 20 weniger anfällig für Fehler machen, die von einer Biegeabweichung des Strukturbauteils 20 stammen, wenn die Dehnungsmesseinrichtung 32 an der Außenseite des Strukturbauteils 20 zu montieren wäre. Zusätzlich kann die Positionierung der Dehnungsmesseinrichtung 32 innerhalb des Strukturbauteils 20 die Dehnungsmesseinrichtung 32 vor Beschädigung aufgrund von Umgebungsgefahren, wie z. B. Baumzweige, Steine, Wasser, usw. schützen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Ermüdungsbewertungssystem 20 und insbesondere die Dehnungsmesseinrichtung 32 modular sein, so dass die Dehnungsmesseinrichtung 20 an dem Strukturbauteil 20 montiert und entfernt werden kann. Solche Ausführungsformen können einen Festsitz zum Befestigen der Dehnungsmesseinrichtung 32 innerhalb der zylindrischen Bohrung 30 verwenden. Andere Ausführungsformen können auf eine dauerhaftere Befestigung der Dehnungsmesseinrichtung 32 innerhalb der zylindrischen Bohrung 30 gerichtet sein. Solche Ausführungsformen können eine Befestigung, wie Schweißen, Klebemittel oder Ultraschallbefestigung verwenden. Sowohl entfernbare Dehnungsmesseinrichtungen als auch diejenigen, die dazu angepasst sind, dauerhafter installiert zu sein, können angepasst sein, am Strukturbauteil 20 nachgerüstet zu werden. Beispielsweise können die Dehnungsmesseinrichtungen 30 zum Einbau in das Strukturbauteil 20 angepasst sein, nachdem die Herstellung des Strukturbauteils 20 abgeschlossen ist, und in einigen Fällen nachdem die Herstellung der Maschine 10 abgeschlossen ist. Daher kann das System 20 an der Maschine 10 nach der Produktion angebracht werden, oder nachdem die Maschine in Betrieb gestellt ist.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Einbauen der Dehnungsmesseinrichtung 32 im Strukturbauteil 20 kann das Einführen eines hohlen, zylindrischen Elements 34 in eine zylindrische Bohrung 30 eines hohlen, zylindrischen Elements 34 enthalten, so dass ein oder mehrere Dehnungsmesselemente 36 angepasst sind, Dehnung zu erfassen, die durch das hohle, zylindrische Element 34 vorgezeigt wird. Ein solches Verfahren kann das Zusammenpassen oder Befestigen des hohlen, zylindrischen Elements 34 an die Innenoberfläche 38 der zylindrischen Bohrung 30 so, dass Dehnung im Strukturbauteil 20 in Dehnung im hohlen, zylindrischen Element 34 umgesetzt wird, enthalten. Das Verfahren kann weiter das Einpassen des hohlen, zylindrischen Elements 34 durch Presspassung in die zylindrische Bohrung 30 enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Befestigen des hohlen, zylindrischen Elements 34 innerhalb der zylindrischen Bohrung 30 unter Verwendung von Klebemittel, Schweißen oder einem Ultraschallbefestigungsverfahren enthalten.
Es sollte festgehalten werden, dass es in einigen Situationen wünschenswert sein kann, die Gesamtgröße der Dehnungsmesseinrichtung 32 zu minimieren, um die strukturelle Integrität des Strukturbauteils 20 zu maximieren. Beispielsweise kann bei bestimmten Anwendungen, wie Drehstiften bei Baugeräten, das Strukturbauteil 20 beträchtlich hohe Lasten erfahren. Für solche Anwendungen sollte die Dehnungsmesseinrichtung 32 den kleinsten praktischen Durchmesser und/oder Länge aufweisen. Als ein Beispiel für mögliche Relativproportionen zwischen dem Strukturbauteil 20 und der Dehnungsmesseinrichtung 32 kann für einen Drehstift, der einen Außendurchmesser von ungefähr zwei Inches hat, eine Dehnungsmesseinrichtung, die zum Einbau darin angepasst ist, einen Außendurchmesser in der Größenordnung von etwa ¼ Inch haben (z. B. ungefähr die Größe eines Bleistifts).
Es wird für die Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der beschriebenen Dehnungsmesseinrichtung durchgeführt werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für die Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung und dem Umsetzen der hier beschriebenen Erfindung in die Praxis deutlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Rahmen der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
Zusammenfassung
Eine Dehnungsmesseinrichtung (32) ist vorgesehen, die ein hohles, zylindrisches Element (34) enthalten kann, das eine Innenoberfläche (40) und eine Außenoberfläche (42) aufweist. Die Außenoberfläche kann einen Außendurchmesser (D2) haben, der näherungsweise in der Größe einem Innendurchmesser (D1) einer Innenoberfläche (38) einer zylindrischen Bohrung (30) eines Strukturbauteils entspricht, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen. Das hohle, zylindrische Element kann angepasst sein, zu der Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils so zu passen, dass Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird. Die Dehnungsmesseinrichtung kann auch ein oder mehrere Dehnungsmesselemente (36) enthalten, die an der Innenoberfläche des hohlen, zylindrischen Elements angebracht sind und angepasst sind, Dehnung zu erfassen, die durch das hohle, zylindrische Element vorgezeigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6858809 [0004]

Claims

Dehnungsmesseinrichtung (32), enthaltend: ein hohles, zylindrisches Element (34), das eine Innenoberfläche (40) und eine Außenoberfläche (42) aufweist, wobei die Außenoberfläche einen Außendurchmesser (D2) aufweist, der ungefähr in der Größe einem Innendurchmesser (D1) einer Innenoberfläche (38) einer zylindrischen Bohrung (30) eines Strukturbauteils entspricht, das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen; wobei das hohle, zylindrische Element angepasst ist, zur Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils so zu passen, dass Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird; und ein oder mehrere Dehnungsmesselement(e) (36), das/die an der Innenoberfläche des hohlen, zylindrischen Elements angebracht ist/sind und ausgelegt ist/sind, Dehnung zu erfassen, die durch das hohle, zylindrische Element vorgezeigt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser des hohlen, zylindrischen Elements bemessen ist, dass er einen Festsitz mit der Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung vorsieht.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das hohle, zylindrische Element innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung von Klebemittel befestigt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das hohle, zylindrische Element innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung von Schweißen befestigt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das hohle, zylindrische Element innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung eines Ultraschallbefestigungsverfahrens befestigt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine Dehnungsmesselement oder die mehreren Dehnungsmesselemente angepasst ist/sind, axiale Dehnung, Scherdehnung, Biegedehnung oder Torsionsdehnung zu erfassen.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei das eine Dehnungsmesselement oder die mehreren Dehnungsmesselemente eine Rosettenkonfiguration enthält/enthalten, die angepasst ist, Dehnung in mehreren Achsen zu messen.
Verfahren zum Einbauen einer Dehnungsmesseinrichtung (32) in einem Strukturbauteil (20), das ausgelegt ist, mechanischer Belastung zu unterliegen, enthaltend: Einführen eines hohlen, zylindrischen Elements (34) in eine zylindrische Bohrung (30) in dem Strukturbauteil, wobei das hohle, zylindrische Element ein Dehnungsmesselement (36) oder mehrere Dehnungsmesselemente (36) enthält, das/die an einer Innenoberfläche des hohlen, zylindrischen Elements so angebracht ist/sind, dass das eine Dehnungsmesselement oder die mehreren Dehnungsmesselemente angepasst sind, Dehnung zu erfassen die durch das hohle, zylindrische Element vorgezeigt wird; wobei das hohle, zylindrische Element eine Außenoberfläche (42) mit einem Außendurchmesser (D2) aufweist, der näherungsweise in der Größe dem Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils entspricht; und wobei das hohle, zylindrische Element auf die Innenoberfläche der zylindrischen Bohrung des Strukturbauteils so abgestimmt ist, dass Dehnung in dem Strukturbauteil in Dehnung in dem hohlen, zylindrischen Element umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter enthaltend Einsetzen des hohlen, zylindrischen Elements in die zylindrische Bohrung durch Presspassung.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter enthaltend das Befestigen des hohlen, zylindrischen Elements innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung von Klebemittel.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter enthaltend das Befestigen des hohlen, zylindrischen Elements innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung von Schweißen.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter enthaltend das Befestigen des hohlen, zylindrischen Elements innerhalb der zylindrischen Bohrung unter Verwendung eines Ultraschallbefestigungsverfahrens.