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Verlagerungsmeßgerät, Die Erfindung betrifft ein Verlagerungsmeßgerät
und insbesondere einen Durchbiegungsmesser beispielsweise zur Messung der Durchbiegung
während der Werkstoffprüfung, wie bei einem Zugversuch, der mit einer Maschine zur
Prüfung entweder einer geringen oder einer hohen Dehngeschwindigkeit durchgeführt
wird. Der Durchbiegungsmesser ist vortellbaft zur Bestimmung von hohen Dehngeschwindigkeiten,
die während eines Zeitraums von bis zu 0,1 Sek, oder mehr stattfinden.
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Es wurden bereits verschiedene Verfahren zum Erzielen einer Aufzeichnung
der Dehnung während des Fortgangs eines Zugversuches
über einen
Zeitraum von weniger als o,l Sekunden vorgeschlagen. Ein solches Verfahren besteht
in der Verwendung eines Magnetbandes, das Signale von bekannter Frequenz enthält.
Das Band wird durch die Bewegung des Querkopfes oder Kolbens der Prüfmaschine durch
einen Bandkopf gezogen, um dadurch eine Aufzeichnung der Durchbiegung gegenüber
der Zeit zu erhalten. Ein Hauptnachteil dieses Systems besteht in den hohen Kosten,
die Aufzeichnung mit einer Spur für die Beanspruchung so zu kombinieren, daß eine
anzeige Kurve erhalten wird.
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Die Verwendung der herkömmlichen Dehnungsmesser mit einem linear veränderlichen
Differentialumsetzer (LVDT) hat ebenfalls ihre Nachteile. Die Verwendung eines Umsetzers
für kleine Durchbiegungen im Bereich von 6,35 mm (o, n), beispielsweise mit einer
Hebelwirkung von lo zu 1 kann zu ernstzunehmenden Ungenauigkeiten infolge der Vergrösserung
der Fehler führen, die durch mechanische Gestänge-hereingebracht werden. In gleicher
Weise ergibt die Verwendung des neueren Gleichstromtyps des linear veränderlichen
Differentialumsetzers mit einer Auslenkung oder Verlagerung von beispielsweise über
75 mm (3 n) eine schlechte Auflösung und entsteht das zusätzliche Problem, das mit
dem Herausfiltern eines Oszillatorsignals von 50 Hz oder einer anderen Frequenz
verbunden ist, welches bei den stärkeren Oszilloskopvergrösserungen
stärker
als das Prüfsignal ist, wodurch die erforderliche Auflösung beeinträchtigt wird,
Die Verwendung von herkömmlichen Dehnungsmessern mit einem elektrischen Widerstandsdraht
oder einer -Folie erschien wünschenswert wegen ihrer hohen Empfindlichkeit und der
reinen Signale sowie wegen ihrer verhältnismässig geringen Kosten. Obwohl die Verwendung
solcher Dehnungsmesser auf verschiedenen Arten von Biegestäben eine zufriedenstellende
Aufzeichnung bei geringen Verformungsgeschwindigkeiten ermöglichte, werden gewöhnlich
unbefriedigende Ergebnisse bei ausserordentlich hohen Verformungsgeschwindigkeiten
wegen des Problems der Massenträgheit erhalten, das auch bei den leichtesten Stäben
besteht.
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Durch die Erfindung wird eine Fühivorrichtung oder eine Fühlanordnung
geschaffen, bei der die vorerwähnten Probleme überwunden sind, und mit der die Dehnung
eines Versuchsstücks genau gemessen werden kann, das in einer Prüfmaschine entweder
für eine geringe oder für eine hohe Dehnungsgeschwindigkeit geprUft wird. Die erfindungsgemässe
Dehngeschwindigkeit-Fühlvorrichtung ist besonders vorteilhaft zur Bestimmung einer
hohen Dehngeschwindigkeit über einen Zeitraum von weniger grls o,l Sekunden.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer empfindlichen
Dehnungsmeßvorrichtung mit einer grossen Verlagerung (oder Gesamtdehnungskapazität),
welche über einen weiten Bereich von Dehnungsgeschwindigkeiten von geringen bis
ausserordentlich hohen Veformungsgeschwindigkeiten verwendet werden kann, Ein weiteres
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden
Durchbiegungsmessers.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer empfindlichen
Fühlvorrichtung zur Messung der Verlagerung bei ihrem Auftreten.
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Die vorstehenden und weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
und zwar zeigen: Fig. 1 in beispielsweiser Darstellung eines von mehreren Arten
von herkömmlichen Dehnungsmesserelementen, das zum Beispiel einen elektrischen Widerstandsdraht
in Form eines flachen Gitters aufweist; Fig, 2 die Anordnung von zwei solchen Dehnungsmeßelementen,
welche auf einen biegsamen Streifen bzw, ein biegsames
Band aus
dünnem Material, beispielsweise auf einem dünnen Stahlband, aufgeklebt oder mit
diesem haftend verbunden sind; Fig, 3 und 3A mehrere Ausführungsformen, bei denen
der Erfindungsgedanke Anwendung gefunden hat; Fig. 4 und 5 ein Verfahren, mittels
welchem dieXAusfGhrungsform nach Fig. 3 als Durchbiegungsmesser verwendet werden
kann; Fig. 6 eine Wheatstone-Brücke, die zur Messung der Veränderungen im Zustand
der DehnungsmesserJ bei denen eine Zunahme und/oder Abnahme der Dehnung eintritt,
verwendet werden kann; Fig, 7 Einzelheiten der die Vorrichtung nach Fig, 4 und 5
bildenden Elemente; Fig, 8 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung nach
Fig. 7, gesehen in der Richtung der Pfeile; Fig. 9 eine weitere Ausführungsform
des Dehnungsmeßgerätes unter Verwendung einer anderenEinrichtung zur Verlazerung
des Streifens oder Bandes;
Fig lo, 11 und 12 ebenfalls weitere Ausführungsformen
der Erfindung; Fig.13 eine graphische Darstellung einer Zeit-Dehnungskurve obr Kriechkurve
und Fig.14 eine Darstellung wieder einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Das erfindungsgemässe Verlagerungsmeßgerät zur Dehnungsmessung weist
im wesentlichen ein Bandauflagerungselement mit einer gekrümmten Fläche zur gleitenden
Auflage eines biegsamen Bandes auf. Das Band gleitet längs eines Teils der gekrümmten
Fläche bzw, ist auf diesem Teil aufgelagert und wird während seines Kontakts mit
der gekrümmten Fläche gespannt gehalten.
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Mindestens ein Dehnungsmeßelement aus einem Material,dessen elektrischeEigenschaften
durch eine Dehnung verändert werden, beispielsweise ein flaches Drantgitter oder
eineFolie aus einem elektrischen Widerstandsmetall ist fest längs eines Teils des
Bandes angeordnet, beispielsweise durch eine haftende Verbindung, durch Aufkleben
oder durch andere Mittel, so daß es auf die gekrümmte Fläche aufgleitet bzw. von
dieser abgleitet, wenn das Band einer Bewegung längs der
gekrümmten
Fläche unterzogen wird. Der Dehnungsmesser kann dadurch mit dem Band fest verbunden
werden, daß er einen Teil desselben bildet. Wenn sich das Band über die gekrümmte
Fläche bewegt, erfahren die Aussenfasern des Bandes eine Dehnung, welche die elektrischen
Eigenschaften des auf dieses aufgeklebten Dehnungsmessers verändert. Umgekehrt findet,
wenn der Dehnungsmesser die gekrümmte Fläche verläßt, ebenfalls eine Veränderung
in den elektrischen Eigenschaften statt. Der Dehnungsmesser hat Zuleitungen, die
in eine elektrische Anzeigeschaltung, beispielsweise eine Wheatstone-Brücke, schaltbar
sind. Daher führt Jede Verlagerung, der das Band unterzogen wird, und bei welcher
der Dehnungsmesser sich auf die gekrümmte Fläche oder von dieser bewegt, zu einer
Veränderung der elektriscilen Eigenschaften, welche zu der linearen Verlagerung
des Bandes in Beziehung steht.
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Die Bewegung des Bandes kann natürlich relativ zu der einer gekrümmte.
n Fläche sein. Mit anderen Worten, das Band kann sich entweder auf einer gekrümmten
Fläche bewegen oder es kann eine gekrümmte Fläche mit dem Band in Kontakt gebracht
werden, damit sichdas Band zumindest einem Teil der gekrümmten Fläche anpaßt.
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Ein Material mit piezoelektrischen Eigenschaften kann ebenfalls als
dehnungsempfindliches Material verwendet werden0
Unter der Bezeichnung
§'9ehnungsmesselement't ist die Verwendung eines solchen Materials oder irgendeines
anderen Materials zu verstehen, das für Dehnung elektrisch empfindlich ist, In Fig.
1 ist ein herkömmlicher Dehnungsmesser lo in Form eines flachen Drahtgitters 11
gezeigt, das auf einen flächenhaften Träger 12 aus Papier oder aus mit Kunststoff
imprägniertem Panier od. dgl. haftend aufgebracht ist, Mit dem Gitter sind Zuleitungen
13 verbunden, durch welche es in eine Anzeigeschaltung geschaltet wrden kann. Um
eine maximale Leistung zu erzielen, soll das aktive Element aus Widerstandsdraht
so nahe als möglich der dehnungserzeugenden Fläche sein, wenn es über diese gezogen
wird. Die Stärke des Drahtes beträgt gewöhnlich 0,025 bis 0,038 mm (o,ool bis o,ool5
Als Als dehnungsempfindliches Material kann eine Vielfalt von iletallen verwendet
werden. Beispielsweise kann ein Draht mit einer normalen Zusammensetzung von 45
% Ni, 55 % Cu; oder 52 S Fe, 36 % Mi, 8,o % Cu, Rest Mn, Mg, Si, C und eine Spur
von V (isoelastischer Draht) verwendet werden.
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Eine Kupfer-Nicke 1-Legierung, die im Handel als Konstantan bezeichnet
wird, kann ebenso wie Nichrome V, eine Nickel-Chrom-Legierung, verwendet werden.
Der Dehnungsmesser von dem vorerwähnten Typ lo ist auf die Oberfläche eines dünnen
Bandes 14 haftend aufgebracht bzw. aufgeklebt, wie in Fig. 2
gezeigt.
Der zum haftenden Aufbringen des Dehnungsmessers auf das Band verwendete Klebstoff
kann ein Phenolharzkleber oder ein anderer geeigneter Klebstoff sein. Für den beabsichtigten
Zweck hat sich ein dünnes Stahlband von vernachlässigbarer tasse mit einer Dicke
von etwa 0,1 mm (etwa o, ") und einer Breite von 12,5 mm (1/2 ") als geeignet erwiesen.
Die auf dem Stahlband angeordneten Dehnungsmesser können eine beliebige gewünschte
Grösse, beispielsweise eine Länge von etwa 63,5 mm (etwa 2 1/2 ") haben.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsforn hat das Stahlband
14 die Form eines endlosen Bandes, das straff um drehbar gelagerte Scheiben 15,
16 herumgelegt ist. Wenn das Band 14 um die Scheiben herum bewegt wird, wird der
Dehnungsmesser lo bei seiner Bewegung um die Scheibe infolge des Krümmungshalbmessers
gespannt, der dem Stahlband mitgeteilt wird, wodurch die Aussenfasern gedehnt werden.
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Durch die Kombination der geringen Messe des dünnen Stahlbandes und
der auf Kugellagern gelagerten Scheiben wird die Massenträgheit auf einem Mindestwert
gehalten. Bei der Bewegung des Stahlbandes in einer flachen Ebene findet keine wesentliche
Verformung des Bandes statt, während, wenn das Band der gekrümmten Fläche folgt,
eine ausreichende elastische
Faserdehnung im Stahlband stattfindet,
die vom Dehnungsmesser festgestellt werden kann. Wie in Fig. 3A gezeigt, braucht
die gekrümmte Fläche nicht drehbar zu sein. Bei der Anordnung nach Fig. 3A ist ein
gekrümmtes Element auf einem Träger 18 angeordnet und hängt ein Stahlband 19 straff
auf der gekrümmten Fläche infolge von Gegengewichten W1 und W2, wobei das Gewicht
von W1 einschließlich eines Kupplungselements 20 gleich demGewicht- von- W2 ist,
so daß ein auszeglichenes System vorhanden ist, Die gekrümmte Fläche ist -hochpoliert
und geschmiert, so daß eine reibungsarme Oberfläche vorhanden ist, Am Band sind
zwei Dehnungsmeßelemente 21 und 22 befestigt. Das Kupplungselement 20 ist zur Befestigung
beispielsweise an einem Querkopf einer Prüftiaschine bestimmt.
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Eine weitere Ausführungsform ist in Fig, 12 gezeigt, bei der eine
drehbare Scheibe 65 vorgesehen ist, die bei 66 axial gelagert ist und um die ein
Band 67 gelegt ist, auf welches ein Dehnungsmesser 68 aufgeklebt ist und welche
an der Scheibe durch ein befestigungselement 69 verankert ist, Zur Drehung der Scheibe
in einer Rückstellrichtung dient eine Feder 70 über ein Scheibenverbindungselement
71, welche Feder bei 72 verankert ist, Das freie Ende des Bandes 67 kann mit einer
Verlagerungseinrichtung, beispielsweise mit dem Querkopf einer Prüfmaschine, verbunden
werden. Wenn die Verlagerung stattfindet,
verläßt das Band die
Scheibe entgegen der Wirkung der Feder, wodurch im Dehnungsmesser 68 eine gewisse
Entspannung der Dehnung erreicht wird. Nach der Beendigung der Verlagerung dreht
sich de Scheibe unter der Wirkung der Feder 70, die sich zusammenzieht, in ihre
Ausgangsstellung zurück, In Abänderung zur Ausführungsform nach Fig. 12 kann eine
drehbare Scheibe vorgesehen werden, zu der gleichachsig eine Spannfeder angeordnet
ist, wie sie für einen zurückziehbaren Fenstervorhang verwendet wird, In Fig. 14
ist ein Band 9o dargestellt, mit dem ein elektrisch empfindliches iileßelemeg 91fest
verbunden ist und das an der Scheibe 93 bei 92 verankert und teilweise oder voll
um den Umfang der Scheibe entgegen der Wirkung einer Feder 94 od, dgl. gewickelt
ist. In ähnlicher Weise ist das Band an der Scheibe 95 an einer Stelle 96 verankert
und kann um die Scheibe entgegen der Wirkung einer Feder 97 od. dgl. herumgewickelt
werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein langer Hub bzw, grosser Verlagerungsbereich
durch die Verwendung einer Bandlänge möglich, welche zwei, drei, vier oder mehreremale
um die Scheibe gewickelt werden kann. Bei der Umrechnung der Ablesungen muß der
allmählichen Zunahme s Durchmessers der mit dem Band umwickelten Scheibe Rechnung
getragen werden, wenn es sich um mehr als eine Lage des Bandes handelt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein drehbarer Dorn oder
eine
drehbare Scheibe verwendet werden, um welche das Band mehrere Male in Form einer
Schraubenlinie gewickelt werden kann, um einen grösseren Verlagerungsbereich zu
erhalten.
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Der Betrag der Dehnung £ in Längeneinheiten Je Längeneinheit,-welcher
der biegsame Stahl ausgesetzt wird, läßt sich leicht entweder theoretisch oder empirisch
bestimmen, Diese Dehnung wird weitgehend durch den Grad der Krümmung und durch die
Dicke des Stahlbandes bestimmt, Im Falle einer kreisförmigen Krümmung ist Jeder
Teil derJenigen Länge des Bandes die dem Umfang der gekrümmten Fläche, beispielsweise
dem Umfang der Scheibe, angepaßt ist, über die angepaßte Länge der gleichen Aussenfaserdehnung
ausgesetzt. Die Gesamtlängung eines gegebenen Dehnungsmessers ist daher proportional
der Länge des-Jenigen Teils des Dehnungsmessers, der auf dem Umfang der Scheibe
gleitet, oder: (1) E : wobei L = die ursprüngliche Läge desJenigen Teils des Dehnungsmessers,
der eine Krümmung erfährt.
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Ferner ist die Zunahme im ursprünglichen Widerstand R der (ungedehnten)
Lehre proportional der Längung bzw. Zunahme der Gesamtlänge, welche durch die Krümmung
verursacht wird, oder:
(2) R0 : EK wobei Rc = die Zunahme in R
ist, welche durch die Längung infolge der Krümmung verursacht wird, und K = der
Meßfaktor bzw. die Veränderung im Widerstand Je Längeneinheit oder dR # dE R Wenn
die Gleichungen (1) und (2) kombiniert werden, wird die folgende Gleichung erhalten:
(3) Rc L # K Wenn sich das Ganze Meßelement auf der Scheibe befindet und daher der
Krümmung ausgesetzt ist, wie dies bei dem in Fig. 4 gezeigten Meßelement S-1 der
Fall ist, ist: Rc = L1 #K = Rc1 wobei L1 die ursprüngliche (ungedehnte) Länge des
ganzen Meßelementes ist.
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Bei der in Fig, 4 und 5 dargestellten Aus führungs form hefinden sich
die drehbaren Sdeiben 23 und 24 in festen Drehstellungen zueinander, wobei sich
die Mitte 25 der Scheibe 23 in vertikaler Anordnung zur Mitte 26 der Scheibe 24
befindet. Quer
zum Stahlband 27 ist ein Verbindungselement 28 angeordnet,
daß mit einer Kolbenstange 29 oder einem Teil eines Querkopfes einer Prüfmaschine
gekuppelt ist. Bei der Anordnung nach Fig. 5 führt eine Bewegung des Bandes 27 über
eine Strecke "A" dazu, daß ein Teil des Stahlbandes und damit dessen Dehnungsmesser
S-1 von einer Dehnung oder Verformung elastisch entspannt wird.
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DerJenige Teil des Dehnungsmessers, der noch einer Dehnung ausgesetzt
ist, ist L1-A und: Rc = (L1-A) bK = Rc2 Der Unterschied in der Widerstandszunahme,
welcher durch die Krümmung verursacht wird, ist dann: #Rc = Rc1-Rc2 = A # K Da §
und K Konstante sind, ergibt sich, daß die reine Veränderung (Verminderung) Rc direkt
proportional zu "A" ist, um welche Strecke das Band bewegt wird, Entsprechend hatte
der Dehnungsmesser S-2, der in Fig, 4 nicht auf der Scheibe war, einen effektiven
L-Wert von Null,
Daher ist: RE = L # K = O jedoch hat bei der in
Fig. 5 gezeigten Anordnung RE = L (L + RA'3 6 K bzw, der Dehnungsmesser S-2 eine
reine Zunahme im Widerstand von RE, die direkt proportional A ist, um welche Strecke
sich das Band bewegt hat. Wie ersichtlich, ist die Wirkung des Dehnungsmesser S-3
die gleiche wie die des Dehnungsmessers S-1 und die Wirkung von S-4 die gleiche
wie von S-2, Durch den Einbau der Dehnungsmesser S-1, S-2, S-3 und 5-4 in eine Wheatstone-Brücke,
oder in einen Kompensator bzw in eine ähnliche Kompensationsschaltung oder Anzeigeschaltung,
wie in Fig. 6 gezeigt, kann die Durchbiegung direkt in ihren Einheiten gemessen
werden, nachdem die Umrechnung ermittelt worden ist. Wenntder eine oder mehrere
Dehnungsmesser in der Brücke in der in Fig. 6 gezeigten Weise geschaltet sind, ist
die einzige Unsymmetriequelle die Veränderung des Widerstandes in den Dehnungsmessern,
die sich durch die Ausübung einer Dehnung auf diese ergibt, Der Unterschied in der
Spannung an den Ausgangsklemmen dient als Maß der erwähnten Dehnung, das seinerseits
mit dem Betrag der Verlagerung,sei diese linear oder winkelig, oder, im Falle der
lietallprUfung, mit
der Dehnung des Versuchs stückes in Beziehung
gesetzt werden kann, Bei der Anordnung nach Fig. 6 wird die Beziehung bestimmt durch
die Gleichung:
wobei Vo = Brückenausgangsspannung in Volt R = Widerstand in Ohm I = Strom in Ampere
K : Dehnungsmeßfaktor
E = Längung, In Fig, 7 ist ein praktisch ausgeführtes Dehnungsmeßgerät gezeigt,
das eine Stahlträgerplatte 30 aufweist, die an einer Prüfmaschine mittels Schraubenaufnahmebohrungen
31, 32 festgemacht werden kann, Auf der Trämerplatte sind zwei Scheiben 33, 34 drehbar
gelagert, deren Ausbildung in Fig, 8 ersichtlich ist. Die Scheiben stellen praktisch
Wälzlager dar, die einen Aussenring 35 mit einer ringförmigen Innennut 35a und einen
Innenring 37 mit einer Ringnut 37a aufweisen, welche beiden Nuten zur Aufnahme von
Lager-kugeln 36 dienen, Der Innenring ist an der Trägerplatte 30 durch eine Schraube
38 und eine Zwischenlegscheibe 39 festgemacht, Durch die Verwendung
einer
Kugellagerbauform für die Scheiben oder Rollen kann die assenträgheit des Systems
stark verringert werden. Der Umfang des Aussenringes ist mit einer flachen Nut 4o
ausgebildet, in welcher ein Stahlband 41 bei seiner Bewegung um die gekrümmte Fläche
der Scheibe gehalten wird.
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Bei der in Fig. 7 beispielsweise dargestellten Dehnungsmeßanordnung
sind zwei Dehnungsmesser vorgesehen, von denen der eine 42 auf der einen Seite des
Stahlbandes angeordnet ist und zwei isolierte Zuleitungen 43 sowie einen Stecker
44 aufweist, während der andere Dehnungsmesser auf der dem Blick entzogenen Seite
des Stahlbandes angeordnet ist, und zwei isolierte Zuleitungen 45 mit einem Stecker
46 aufweist, wobei die Stecker in Jedem Falle zur Verbindung mit einem Meßinstrument,
beispielsweise mit einer Wheatstone-B-rücke, vorgesehen sind.
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Am flachen Teil des Bandes ist eine Vorrichtung 47 angebracht, die
aus den Blöcken 48 und 49 besteht, welche auf Jeder Seite des Bandes im wesentlichen
anliegend an einem Arm 50 befestigt sind, der sich von ihnen nach unten erstreckt
und ein Befestigungselement 51 trägt, dessen Ende mit einem Gewinde und mit einem
Anschlag 52 sowie mit einer Besestigungsmutter 53 versehen ist, um den Arm, beispielsweise
am Querkopf einer Prüfmaschine oder an einer Kolbenstange,
befestigen
zu können, Das Befestigungselement 51 ist durch ein feststehendes, nicht gezeigtes
Führungselement, z. B. durch ein Lager, gerührt, um ein Wackeln zu vermeiden und
Schwingungen herabzusetzen.
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Wie erwähnt, hat sich ein Stahlband mit einer Dicke von etwa o,l mm
(o,oo4 und einer Breite von 12,5 mm (1/2 ) als für den beabsichtizten Zweck zufriedenstellend
erwiesen, obwohl die Dicke im Bereich von 0,025 mm bis o, 225 mm (o,ooi bis o,oo9
liegen und das Stahlband eine gewünschte Breite haben kann. Die Scheiben oder Rollen
können einen beliebigen gewünschten Aussendurchmesser von beispielsweise 50 mm (2")
haben, während die flache Umfangsnut zur Aufnahme des Stahlbandes eine Tiefe von
etwa o, 8 mm (o,o32 oder eine andere geeignete Tiefe haben kann, Wenn das Element
51 durch den sich bewegenden Querkopf der Prüfmaschine nach unten gezogen wird,
verläßt das Dehnungsmeßelement 42 die Scheibe 33, so daß es entspannt wird wodurch
eine lineare Beziehung zwischen der Bewegung und der elektromotorischen Kraft der
Brückenschaltung, mit der der Dehnungsmesser elektrisch gekoppelt/ist, erhalten
wird.
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Wie in Fig. 6 gezeigt, kann die Brücke mit einem Millivolt-Aufzeichnungsgerät
oder mit einem Kathodenstrahloszilloskop
bzw, mit einem Oszillographen
gekoppelt werden. Letzterer ist bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft,
da er die Augenblicksaufzeichung einer Kriechkurve ermöglicht.
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Es kann erforderlich sein, ein Verstärkungssystem vorzusehen, um schwache,
Jedoch genaue Signale zu verstärken, die durch die Verstimmung der Dehnungsmeßbrücke
erzeugt werden. Der Vorteil der Verwendung eines Kathodenstrahloszilloskops bei
der dynamischen Prüfung besteht darin, daß die durch den Lichtfleck auf dem Leuchtschirm
erzeugte Spur, wenn die Brücke verstimmt wird, trägheitsfrei ist. Durch die Benutzung
einer auf den Leuchtschirm eingestellten Kamera kann eine Kurzzeit-Kriech- oder
Dehnungskurve sofort über einen verhältnismässig kurzen Zeitraum erhalten werden,
Ein Beispiel einer solchen Kurvendarstellung nach einer photographischen Isopb,
die mit dem erfindungsgemässen DehnungsmeßgerSt erhalten werden kann, ist in Fig.
13 dargestellt, Die Ordinate, in welcher die Dehnung aufgetrazen ist, ist in Dehnungs
intervallen von 3,18 mm (o,l25 ") unterteilt, während die Abszisse in Zeitinterfalle
von 0,1 Sekunden unterteilt ist, Die vorangehend beschriebene Oszilloskopkurve,
die das Ergebnis eines I;urzzit-Kriechversuches ist, wurde durch einen Versuch mit
einer Lezwierung aus etwa 1,41 % Ti, etwa o,37 % Zr, etwa 2 % C, liest im wesentlichen
i4olybdän, erhalten. Die geprüfte
Legierung hatte eine Meßlänge
von 25,4 mm (1") und einen Meßdurchmesser von 5,715 mm (o,225 "). Es wurde eine
Zurbeanspruchung von etwa 1. o50 kg/cm2 (15.000 psi etwa) über einen Zeitraum von
etwa 0,6 Sekunden ausgeübt,wobei die Probe ine Temperatur von etwa 2.o950C hatte.
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Es können natürlich auch andere Mittel zur linearen Verlagerung des
Stahlbandes verwendet werden. Beispielsweise kann, wie in Fig. 9 gezeigt, ein Zahnstangentrieb
benutzt werden. Auf der eine der Scheiben tragenden Welle ist gleichachsig ein Ritzel
55 befestigt, das mit einer Zahnstange 56 in Eingriff steht, Die Zahnstange befindet
sich in einer Führung 57, die mittels eines Flansches 58 an einem Träger durch Befestigungsmittel
59 angebracht ist. Das Ende der Zahnstange ist mit einem Gewinde 60 ausgebildet,
das mit einem Querkopf oder einer Kolbenstange verbunden werden kann. Da die Scheibe
über ein Ritzel angetrieben wird, muß ein Schlupf des Bandes vermieden werden. Dies
geschieht dadurch, daß das Band auf Jeder der Scheiben durch Verankerungsmittel
61 und 62 befestigt ist.
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Obwohl die vorangehend beschriebene Dehnungsmeßanordnung als vorteilhaft
zur Verwendung für Prüfmaschinen für niedrige oder hohe Dehngeschwindigkeiten bezeichnet
wurde, kann sie
natürlich auch in anderen Fällen als für solche
Prüfmaschinen angewendet werden. Beispielsweise kann das Gerät zur einfachen Messung
von winkeligen Verlagerungen benutzt werden, wenn der Betrag der winkeligen Verlagerung
proportional der Dehnung ist die durch einen Dehnungsmesser mitgeteilt bzw. entspannt
wird So kann das Gerät in einem Vernier-Skalensystem verwendet werden, bei welchem
eine Leuchtspur der winkeligen Verlagerung zur Ablesung wünschenswe sein kann, oder
es kann die winkelige Verlagerung zu einer Abstimmskala in Beziehung gesetzt werden
oder zu einem durchstimmbaren Meßgerät, (variable frequency measuring device).
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Für das erfindungsemäs5e Gerät besteht natürlich eine Vielfalt von
Anwendungsmöglichkeiten zur Werkstoffprüfung. Zum Beispiel kann ausser für Zugversuche
oder Dehn-Kriechmessungen das Gerät zur Bestimmung der Druckeigenschaften von Materialien
heim Fliessen und sogar der Verdrehungseigenschaften verwendet werden.
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Beispiele weiterer Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig, lo
und 11 dargestellt, Die Ausführungsform nach Fig. lo kann wiederum als Beispiel
für eine Anordnung dienen, bei welcher die Bewegung des Bandes durch die Bewegung
der Scheibe erfolgt, Bei dieser Ausführungsform ist nur ion Teilband 77
vorgesehen,
das an Scheiben 75, 76 durch Befestigungsmittel 78 und 79 festgemacht ist, um einen
Schlupf zu vermeiden.
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Auf das Band sind Dehnungsmesser 80 und 81 haftend aufgebracht oder
aufgeklebt dargestellt. Der restliche Teil 82 der Umschlingung besteht aus einem
Draht, Kabel od. dgl..
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Fig. 11 zeigt einen Teil einer Anordnung mit einer Scheibe 83, über
die ein Band 84 läuft, auf das. mindestens ein Dehnungsmesser 85 haftend aufgebracht
ist. Gleichachsin zur Scheibe 83 ist eine Rolle 86 an dieser befestigt, die durch
einen Riemen bzw. eine Kette angetrieben wird, welche schematisch bei 87 dargestellt
ist. Durch die Verwendung geeigneter Antriebsrollenverhältnisse oder Verzahnungsverhältnisse
u. dgl. kann die Bewegung in der gewünschten Weise vervielfacht oder verringert
werden.
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Unter der Angabe, daß das Band straff um die gekrümmte Fläche gehalten
werden soll, auf der das Band aufgelagert ist, ist zu verstehen, daß es nicht so
schlaff sein soll, daß sich das Bandmeßelement fältelt, Wenn ein Stahlband straff
gehalten wird, kann es einer geringen elastischen Spannung ausgesetzt sein. Bei
der Einstellung des Gerätes wird Jedoch eine geringe Spannung im System auf eine
Nullablesung an der Wheatstone-Brücke abgeglichen und dadurch kompensiert, Obwohl
Stahl oder andere Metalle als Material für das Band
wünschenswert
sind, kann auch jedes andere Bandmaterial benutzt werden, das sich unter Spannung
elastisch verformt und seinen ursprünglichen Zustand wieder einnimmt, wenn die Spannung
aufgehohen wird, und auf dem ein Dehnungsmesser befestigt werden kann.
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Für den Fachmann ergibt sich aus dem Vorangehenden, daß das erfindungsgemässe
VerlagerungsmeßgerSt in der gleichen Weise wie ein herkömmlicher Dehnungs- bzw.
Längungsmesser verwendet werden kann. Beispielsweise kann das Gerat an einer meßlänge
der Probe ähnlich wie bei den herkömmlichen Längungsmessern angeordnet werden, bei
denen im allCemeinen ein linear veränderliches Differentialumsetzer-Element verwendet
wird.
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Obwohl für das erfindungsgemässe Gerät eine Anordnung beschriehen
wurde, bei welcher das elektrisch empfindliche Dehnungsmeßelement fest an der Aussenseite
des Bandes angebracht ist, kann das Meßelement auch ein Teil des Bandes oder auch
an der Unterseite desselben angeordnet werden, wodurch die Druckbelastung des Bandes
zur Feststellung der Verlagerung benutzt wird.
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Unter der hier verwendeten Bezeichnung "Durchbiegungsmesser" sind
Verlagerungsmeßgeräte im allgemeinen zu versteger, z.B.
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Längungsmesser und ähnliche Vorrichtungen, Die hier verwendete Bezeichnung
"Verlagerungsmeßgerät" umfaßt Geräte, mit deren Hilfe sich eine Verlagerung bestimmen
läßtb obwohl das Gerät praktisch eine Fühleinrichtung ist deren Funktion derJenigen
eines linear veränderlichen Differentialumsetzers ähnlich ist.
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Obwohl im vorangehenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurde, ist diese nicht hierauf beschränkt sondern kann innerhalb ihres
Rahmens verschie dene Abänderungen erfahren0 Patentansprüche: