-
Verfahren zur Verformungsmessung an Werkstoffen und Bauelementen
Die Erfindung betrifft die Verfahren zur Messung von Verformungen an Werkstoffen
und Bauelementen.
-
Auf vielen Gebieten der Werkstoff- und Bauelement-Prüfung werden heute
Verformungsmessungen ausgeführt. Dementsprechend gibt es bereits eine beachtliche
Zahl von Verformungsmeßgeräten. Ihre Arbeitsweise laät sich auf mechanisclle, optische
und elektrische Meßprinzipien zurückführen 1) Im hinblick auf das nachfolgend beschriebene
neue Meßverfahren lassen sich die Nachteile der bischerigen Konstruktionen hauptsächlich
in folgenden Punkten zusammenfassen: 1. Bei einem Teil der bischerigen Meßverfharen
wurden die Geräte auf den zu untersuchenden irobekörper aufgeklemmt und belasteten
ihn durch ihr Eigengewicht. Damit diese Geräte rutschsicher auf den probenkorpern
sitzen, massen hohe Klemmdrücke an den Meßschneiden erzeugt werden. Die konstruktion
dieser Geräte verbietet ihren einsatz bei kleinen proben mit niedriger Festigkeit
und Oberfl@chenh@rte wie z.B. bei Weichgummi und vielen kunststoffen.
-
Die Melspitzen oder Schneiden sinken in den werkstoff ein und @@hren
zu festigkeitsmindernden kerben. Als Beispiel für Geräte dieser sei das Spiegel-Feinmegerät
von Martens nach DIN 5010'/ genannt.
-
2. ei einem anderen Teil der bisherigen Verfahren werden die Meßgerate
feststehend neben den zu untersuchenden Probekörper aufgebaut. Mit Meßspitzen und
schneiden versehene Tastarme bzw. Hebel, die auf die Probe aufgesetzt werden, übertragen
die Verformung auf das feststehende Mewerk. dabei ist die Swedgungspfreiheit der
Meßspitzen, rein kinematisch verstanden, sehr eng begrenzt. Die Meßspitzen1 der
Hebel2 bewegen sich z.B. nach Figur 1 auf einem Kreisbogen3. Die Verformung der
Probe4 soll jeoch in der Mehrzanl der Fälle in gradliniger Richtung ermessen werden.
ns 1)cjhristian Rohrbach: Die @chtigsten verfahren der Spannungs- ui1cL Dehnungsmessung.
@aterialprüf. 2 (1960) Nr. 12 @. 468/72
treten daher - besonders
bei großen Verformungen - Kräfte6 in Längsrichtung der Hebel. auf, die zum Sutschen
der Meßspitzen1 auf den Proben fahren. Beschädigungen der Jerkstoffoberfläche, die
unter Umständen zu vorzeitigem Probenbruch führen, sowie Meßfehler sind die Folge.
-
3. Bei den bisherigen Meßverfahren stören oft Reibungskrafte der Lager
und Fuhrungsteile der Meßspitzen. Die Beherrschung der Reibungskräfte ist deshalb
schwer, weil ihre Größe sehr stark von der erzielbaren Oberflächenglätte und von
der Güte der ochmierung der Lager und Fährungen abhängt. Die Oberflnchenglätte und
die Güte der Schmierung sind durch viele Einflußgrößen bedingt: u.a. durch den Werkstoff,
durch den ustand der Bearbeitungswerkzeuoe, durch die Ölviskosität usw. . Bei empfindlichen
Verformungsmeßgeräten wird die Gefahr einer Störung durch Reibungskräfte groß, wenn
die Druckkräfte der Meßspitzen auf die Eroben gering sein müssen.
-
4. Bei den bisherigen Verformungsmeßgeräten stört oft das » Lagerspiel
der Tast- und meßeinrichtungen. Bestimmte lagerspiele müssen zugelassen werden,
um die Lagerreibung genügend klein zu halten.
-
Meßfehlerquellen im Sinne der Punkte 3 und 4 stellen Kugellager (Rollreibung
und Spiel), shnieden und rfannen (Gleitreibung0, spitzenlager ähnlich den Unruhlagern
in Zeitmeßuhren (Gleitreibung und Spiel) usw. dar. Als Beispiel für Verformungsmeßgeräte,
welche die unter Punkt 3 und 4 genannten Fehler aufweisem, seien die Wegmeßuhren
nach DIIj 878 benannt.
-
Durch die vorliegende rfindung ist es möglich, die unter @unkt 1 -
4 genannten Machteile der bisherigen Jeräte zu vemedieden. 5 handelt sich um ein
Tastarm-Verformungsmeßgerät nach Figur 2. @s nioge beispielsweise die Längenänderung
der Meßstrecke 7 an der Probe gemessen werden, wenn man die probe an ihrem oberen
Ende 9 fest einspannt und sie an ihrem unteren Ende 10 in wichtung11 mit Gewichten
belastet.
Der Werkstoff der Irobe sei homogen und der Iraftangriff erfolge auf ihrer Littellinie.
Als Ursache des Xraftangriffes treten daher gradlinige Längenänderungen der meßstrecke7
in richtung11 auf.
-
- Zur Messung der Längenäderung werden die Meßspitzen12 und 13 des
Tastarmverformungsmeßgerätes vor dem Aufsetzen auf die unbelastete probe mit der
Leßlängenlehre14 auf den Abstand der Meßlänge7 gebracht.
-
Die auf Kreuzfedergelenken15 und 16 gelagerten Tstarme17 und 18, die
durch Gegengewichte 19 und 20 im Geleichgewicht gelalten werden, legen sich bei
einer Linksdrehung des Verriegelungskopfes21 auf die Meß-14 22 @@ längenlehre auf,
weil sie ,ler Druckkraft der Federn22 und folgen müssen. Anschließend setzt man
die rastspitzen auf die @rbe auf, wozu die Grundplatte24 des Gerätes in allen drei
Richtungen des Raumes geschwenkt und verschoben werden nuß, bis die @astspitzen12
und 13 die Probe8 in der leßstreke 7 mit einer zulässigen Druckkraft berähren.
-
Die Grundplatte24 ist dann gemeinsam mit der Führungsstange 25 zu
verankern. Nach dem Aufesetzen der Tastspitzen und der Feststellung der Grundplatte
wird die Verriegelung durch Rechtsdrehung der @nopfes geöffnet: dabei stellt sich
die me@längenlehre14 aus der in figur 2 gezeichneten nahezu vertikalen lage in die
e orizontale Ia~e, die Federn22 und 23 heben sich von den Tastarmen1@ und 1@ und
geben die Arme frei. Die Winkellge der hebel und in den @reufeder@elenken und 15
wird dann durhc die Bewegung der Tastspitzen 1@ und 13 bestimmt, die auf der @robe
sitzen. ruf dem oberen Tast@rm1@ Ist neben dem @reusfedergelenk13 ein weit@res @reusfederelenk26
befestigt, druch des über die Stange der @@@@@@@@23 eines induItiven Wegelers bewegt
werien @@@@. @it de: gleichen Mebeläbersetzungsverhältnis die bein oberen @@@@bel1@
ist der Spulenkörper @@ (in) Figur @ aufgebrochen geziehcnet) @er ags @reuzfederwelenk30
an den unteren @ebel1@ angeschlossen. Die Me@branfoedern31 und 32 sorgen dafär,
daß sich der Tauchlanker@ und der @@@@@@@@@@@@@@@ ni@@t berühren und sich reibungsfrei
gegeneinander verschieben können.
-
12 13 Werden die @@@@sspitzen und in gleicher @ichtung um den gleichen
betrag vers@@@@ en, so bleitt die lage des @auchankers relativ @um ulenk%'rer -,ver:rndert.
ei untersciern'lic:er e-:: un sr c :tn-'g der Trastspitzen und bei untershiedlicher
@@@@@@@@@@ der Mebel vergchiebt
sich dagegen der Tauchanker relativ
zum Spulenkörper. Der Verschiebungswegb des Tauchankers gegenüber der Spule entspricht
dabei der Abstandsänderung der Taststifte. Der Weg kann nach bekanntem elektrischem
Meßverfahren aus der InduI:tivitätsänderung der Spule ermittelt und auf einem elektrischen
Registrier- oder Meßgerät angeeigt werden.
-
Bei der Dehnung der @robe8 wandern die aufgesetzten Meßspitzen in
Richtung der Kraft . Der Weg der Meßspitze@@ ist gröber als der Weg der Meßspitze12,
Sollen die meßspitzen keine Kräfte quer zur Hauptverformungsrichtung auf die Probe
ausüben oder die Probenoberfläche bei größeren Meßwegen aufpflügen, so muß das eben
beschriebenen Meßsystem eine kleine Translationsbewegung in negativer Richtung der
Raumachse33 und einen Drehbewegung um die Raumach34 ausführen können. diese Bewegungsmöglichkeiten
werden durch die Schwenkplatte36, die in weichen membranfedern37 und 38 uber der
Grundplatte24 schwebend gehalten wird, gegeben. Die Membranfedern37 und38 geben
dem meßsystem weiter eine gewisse Drehfederungsmöglichkeit um die Raumachse35 und
gestatten es, die Tastspitzen 12 und 13 sehr weich auf die probe aufzusetzen; bei
starker Einschnürung der Probe drejht sich das Gerät bis zu einem gewissen Grad
selbsttätig um die Raumachsen33 und 35. Die aefalar, daß sich die Meßspitzen und
13 während des Meßvorganges von der probe abheben, ist also stark eingeschriänkt.
-
An stelle der @eRspitzen12 und 13 können. auch die Meßschneiden12*
und 13 in die @starte eingesetzt werden. Die Meßstrecke7* der Runiprobe8* ver@ormt
sich änhlich wie die 1.eßstrecke7 der Flachprobe8, wenn @@@ die @robe am oberen
Ende9* fest einspannt und 11* 12* sie mit einer @@@@@@@@@@@@ft belatet. be die Schneide
eine kleinere Abwirusbeverung @arallel der Richtung11* ausführt als die @cheide13*,
und die @@@wenk@ latte3@ eine @rehewegung um die @umachse34 und eine Verschelvun.
in ne@ativer @ichtung der Raumachse33 ausführen können. auch diese Verseiebun@@@
lickheiten sind leder durhc die Mentbranteden 37 und 38 @@@@@@en@
Bei
der Verwendung des beschriebenen Verformungsm@gerätes erfullen die membranfedern
also zwei Nufgaben: A. Sie geben eine ausreichende kinematische Bewegungsfreiheit
mit bis zu sechs Freiheitsgraden.
-
B. oie liefern die notwendigen Kräfte zur selbsttätigen Nachstellung
des Meßwerkes bei der Probenverformung.