DE1210209B

DE1210209B - Einrichtung zum Messen mechanischer Spannungen in Koerpern mit einer Bohrung mit Hilfe des magnetoelastischen Effektes

Info

Publication number: DE1210209B
Application number: DEL37293A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Winzen; Hermann Fischdick
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-10-18
Filing date: 1960-10-18
Publication date: 1966-02-03

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIl

Deutsche KL: 42 k-45/03

Nummer: 1210 209

Aktenzeichen: L 37293IX b/42 k

Anmeldetag: 18. Oktober 1960

Auslegetag: 3, Februar 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen mechanischer Spannungen in Körpern mit einer Bohrung mit Hilfe des magnetoelastischen Effektes mit mindestens einer in der Bohrung anzuordnenden elektrischen Meßspule mit ferromagnetischem Kern. Eine solche Einrichtung ist bekannt. Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich um eine zum Messen von Torsionsspannungen in einer Welle mit einer wellenaxialen Bohrung mit Hilfe des magnetoelastischen Effektes mit mehreren in der Bohrung anzuordnenden elektrischen Meßspulen mit ferromagnetischem Kern. Zwischen den Kernen und der Bohrungswandung existiert jeweils ein Luftspalt. Die Luftspalte haben die Nachteile, daß die erforderliche Magnetisierungsenergie sehr groß sein muß und die magnetischen Leitwerke der magnetischen Kreise so klein sind, daß der Meßeffekt für eine betriebsmäßige Messung nicht oder kaum noch ausreicht. Der größte Nachteil jedoch ist, daß die Größe der Luftspalte nicht genau eingehalten werden kann, so daß ein definierter Luftspalt nicht zu erreichen ist. Dies führt aber zu Meßabweichungen, und die Meßergebnisse sind oft überhaupt nicht brauchbar.

Aufgabe gemäß der Erfindung ist, den Luftspalt praktisch abzuschaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Kern der Spule längs oder schräg zur Bohrung geteilt ist, die Kernteile Flächen aufweisen, die bei Aneinanderlage der Kernteile sehr nahe der Bohrungswandung gelegen sind und die Wicklung dieser Spule so auf dem Kern angeordnet ist und/oder so elastisch ist, daß bei Auftreten von Kräften, die auf die Kernteile in Richtung zur Bohrungswandung hin wirken, Berührung der genannten Flächen mit dieser Wandung herstellbar ist. Die Wicklung kann z. B. einen Innendurchmesser haben, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des Kerns od. dgl. Treten bei stromdurchflossener Spule die genannten Kräfte, die insbesondere magnetische Kräfte sind, und die genannte Berührung auf, dann ist der magnetische Kreis über die Stellen dieser Berührung geschlossen. Dadurch, daß der Luftspalt praktisch wegfällt, ist das Meßergebnis praktisch unverfälscht und brauchbar. Der magnetische Leitwert und der Meßeffekt reichen aus, und die Magnetisierungsenergie ist relativ gering.

Die Kernteile der Spule können sich in Richtung der Bohrung, welche gleich der Richtung der Spulenlängsachse ist, erstrecken und wicklungsfreie Stirnscheibensektoren mit genannten Flächen aufweisen. Diese Anordnung und Bauart dient vorzugsweise der Messung von Druckspannungen. Es kann sich aber auch der Kern der Spule in Richtung quer zur Boh-Einrichtung zum Messen mechanischer
Spannungen in Körpern mit einer Bohrung mit
Hilfe des magnetoelastischen Effektes

Anmelder:

Licentia Patent- Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Helmut Winzen, Mülheim/Ruhr;

Hermann Fischdick, Mülheim/Ruhr-Broich

rung erstrecken und schräg zu dieser Querrichtung geteilt sein. Hier ist diese Querrichtung gleich der Richtung der Spulenlängsachse. Diese Anordnung und Bauart dient vorzugsweise der Messung von Zugspannungen.

Insbesondere ist in. einem Vergleichskörper mindestens eine gleiche Spule als Kompensationsspule vorgesehen. Der Vergleichskörper ist ebenfalls ein Körper mit einer Bohrung, in der dann die Kompensationsspule vorgesehen ist, und besteht insbesondere aus demselben Werkstoff wie der Körper, in dem die Meßspule vorgesehen ist Meßspule und Kompensationsspule sind dabei in einer Brückenschaltung miteinander verbunden. Somit wird der Einfluß z. B. des Werkstoffes des Körpers vom Meßergebnis ferngehalten. Eine ähnliche Vergleichsanordnung mit Brückenschaltung ist für Eisenbahnschienen bekannt.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann zur Messung mechanischer Spannungen von kalten oder warmen Schrauben mit Axialbohrung verwendet werden. Sie wird unter anderem zur Messung mechanischer Zugspannungen von Teilfugenschrauben von Strömungsmaschinengehäusen, insbesondere Dampfoder Gasturbinengehäusen, eingesetzt, und zwar für den Fall, daß sich diese Schrauben in den Schraubenbohrungen dieser Gehäuse unter Zugspannung befinden. Diese Teilfugenschrauben können während der Messung kalt oder warm sein. Es kann also während des Betriebes der Maschine gemessen werden.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß der-Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt I-I (siehe F i g. 2) eine Schraube mit Meßspule für die Messung von Druckspannungen;

Fig. 2 ist der QuerschnittII-II gemäß Fig. 1;

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Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt eine Schraube mit Meßspule für die Messung von Zugspannungen.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, liegt eine Meßspule 10 für die Mekong von Druckspannungen in einer Axialbohrung 17 einer Schraube 11 mit Spulenlängsachse 33 in der Bohrungslängsachse. Der Kern der Spule 10 besteht aus vier gleichen Teilen 12 bis 15, die sich in Richtung der Axialbohrung 17 erstrecken. Die Kernteile 12 bis 15 sind von einer in Richtung der Spulenlängsachse 33 geteilten Hülse 34 aus unmagnetischem Werkstoff, z. B. Messing, umgeben, die ihrerseits von einer Wicklung 23 der Spule 10 umgeben ist. Diese Wicklung 23 ist stf omdurchflossen. Die vier Kernteile 12 bis 15 weisen wicklungsfreie Stirnscheibensektoren 18, 19 auf und liegen über deren Außenumfangsfiächen 20, 21 an der Wandung 16 der Bohrung 17 an. Die Spalte 22 zwischen den Kemteilen 12 bis 15 betragen bei Bohrungsdurchmessern von etwa 10 bis 70 mm größenordnungsmäßig nur etwa einige Zehntel Millimeter. Die Anlage kommt durch die obengenannten magnetischen Kräfte bei Stromfluß in der Wicklung 23 zustande.

F i g. 3 zeigt in der Axialbohrung 17 eine Meßspule 24 für die Messung von Zugspannungen. Der Kern der Spule 24 erstreckt sich in Richtung quer zur Axialbohrung 17 und ist schräg zu dieser Querrichtung 25 geteilt. Die Wicklung 28 ist stromdurchflossen. Die Kernteile 26 und 27 sind durch magnetische Kräfte gegeneinander und über ihre Zylinderstirnflächen 29 und 30 an die Bohrungswandung 16 gedruckt. Die Kernteile 26 und 27 sind von einer in Richtung der Spulenlängsachse 31 geteilten Hülse 32 aus unmagnetischem Werkstoff, z. B. Messing, umgeben, die ihrerseits von einer Wicklung 28 der Spule 24 umgeben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen mechanischer Spannungen in Körpern mit einer Bohrung mit Hilfe des magnetoelastischen Effektes mit mindestens einer in der Bohrung anzuordnenden elektrischen Meßspule mit ferromagnetischem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Spule (10,24) längs oder schräg zur Bohrung (17) geteilt ist, die Kernteile (12 bis 15; 26, 27) Flächen (20, 21; 29, 30) aufweisen, die bei Aneinanderlage der Kernteile (12 bis 15; 26, 27) sehr nahe der Bohrungswandung (16) gelegen sind, und die Wicklung (23, 28) dieser Spule (10,24) so auf dem Kern angeordnet ist und/oder so elastisch ist, daß bei Auftreten von Kräften, die auf die Kernteile (12 bis 15; 26, 27) in Richtung zur Bohrungswandung (16) hin wirken, Berührung der genannten Flächen (20, 21; 29, 30) mit dieser Wandung (16) herstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (12 bis 15) der Spule (10) sich in Richtung der Bohrung (17), welche gleich der Richtung der Spulenlängsachse (33) ist, erstrecken und wicklungsfreie Stirnscheibensektoren (18,19) mit genannten Flächen (20,21) aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (26, 27) der Spule (24) sich in Richtung (25) quer zur Bohrung (17) erstrecken und schräg zu dieser Querrichtung (25) geteilt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (12 bis 15; 26, 27) der Spule (10, 24) von einer Hülse (34, 32) aus unmagnetischem Werkstoff umgeben sind, die ihrerseits von der Wicklung (23, 28) umgeben ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (34, 32) in Richtung der Spulenlängsachse (33, 31) geteilt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (17) mindestens eine genannte Spule (10, 24) und in einem Vergleichskörper mindestens eine gleiche Spule als Kompensationsspule vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Schrauben mit Axialbohrung angewendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 624591, 652228;
britische Patentschrift Nr. 829 399;
USA.-Patentschriften Nr. 2 600029, 2873 341.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 503/154 1.66 O Bundesdruckerei Berlin