DE202011000369U1 - Device for measuring surface strains on ferromagnetic surfaces - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) zum Messen von Oberflächendehnungen auf ferromagnetischen Oberflächen (12), mit einem Gehäuse (2), das eine Auflagefläche (3) zur Auflage auf die zu messende Oberfläche und wenigstens einen, elektrische Signale erzeugenden Dehnungsmessstreifen (4) und einen Verstärker (5) aufweist, wobei an der Auflagefläche wenigstens ein Permanentmagnet (6) derart angeordnet ist, dass der Dehnungsmessstreifen (4) für den Messvorgang reibschlüssig und ohne Klebung auf die zu messende Oberfläche (12) pressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Sendemodul (7), eine Antenne (8) und eine elektrische Energiequelle (9) enthält, und dass die vom Dehnungsmessstreifen (4) erzeugten und durch den Verstärker (5) verstärkten Messsignale drahtlos auf ein Empfängermodul (10) übertragbar sind.Device (1) for measuring surface expansions on ferromagnetic surfaces (12), comprising a housing (2) having a bearing surface (3) for bearing on the surface to be measured and at least one strain gauge (4) generating electrical signals and an amplifier ( 5), wherein on the bearing surface at least one permanent magnet (6) is arranged such that the strain gauge (4) for the measuring process frictionally and without gluing on the surface to be measured (12) can be pressed, characterized in that the housing (2 ) comprises a transmitter module (7), an antenna (8) and an electrical energy source (9), and that the measurement signals generated by the strain gauge (4) and amplified by the amplifier (5) are wirelessly transferable to a receiver module (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Oberflächendehnungen auf ferromagnetischen Oberflächen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Vorrichtungen werden im industriellen Bereich eingesetzt, um belastungsbedingte Dehnungen an Maschinenteilen zu messen. Ein typisches Beispiel für derartige Maschinenteile sind die Holme einer Schliesseinheit an Spritzgiess- und Druckgussmaschinen.The invention relates to a device for measuring surface expansions on ferromagnetic surfaces according to the preamble of claim 1. Such devices are used in the industrial sector to measure stress-related strains on machine parts. A typical example of such machine parts are the spars of a closing unit on injection molding and die casting machines.
Es ist bereits seit einiger Zeit bekannt und gebräuchlich, die Dehnungsmessstreifen mittels Permanentmagneten derart reibschlüssig gegen die zu messende Oberfläche zu pressen, dass Dehnungen am Werkstück ohne Schlupf und ohne Signalverluste auf den Dehnungsmessstreifen übertragen werden. Damit erübrigt sich die früher übliche Klebung der Dehnungsmessstreifen, und die Messvorrichtung kann rasch und ohne grossen Montageaufwand an verschiedenen Stellen appliziert werden. Eine gattungsmässig vergleichbare Vorrichtung ist beispielsweise durch die
Ein Nachteil bekannter Vorrichtungen besteht allerdings nach wie vor darin, dass für die Auswertung der Messergebnisse die Messvorrichtungen verkabelt werden müssen. Zu diesem Zweck ist an jeder Vorrichtung eine Steckerbuchse vorgesehen. Bei einer Schliesseinheit mit vier Holmen ergibt dies bis zu acht Kabel, wenn an jedem Holm auf gegenüberliegenden Seiten je eine Messvorrichtung appliziert wird.A disadvantage of known devices, however, is still that the measurement devices must be wired for the evaluation of the measurement results. For this purpose, a socket is provided on each device. In a four-bar locking unit, this results in up to eight cables if one measuring device is applied to each bar on opposite sides.
Ersichtlicherweise behindern die Kabel das Arbeiten an der Maschine, und ausserdem stellt die korrekte Verkabelung einen zusätzlichen Arbeitsaufwand dar. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die nicht nur auf einfachste Weise appliziert werden kann, sondern die vollständig autark und ohne Verkabelung arbeitet. Die Montage der Vorrichtung und die Auswertung des Messergebnisses soll ausserdem erheblich rationalisiert werden.Evidently, the cables obstruct the work on the machine, and also the correct wiring is an additional workload. It is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned, which can be applied not only in the simplest way, but the completely self-sufficient and works without cabling. The installation of the device and the evaluation of the measurement result should also be considerably streamlined.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welch die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Das Gehäuse weist dabei zusätzlich zum Verstärker ein Sendemodul, eine Antenne und eine elektrische Energiequelle auf, so dass die vom Dehnungsmessstreifen erzeugten und durch den Verstärker verstärkten Messsignale drahtlos auf ein Empfängermodul übertragbar sind. Ersichtlicherweise wird dadurch eine Verkabelung hinfällig, was schon bei der Montage eine wesentliche Erleichterung ist. Aber auch während des Messvorgangs sind keine störenden Verkabelungen vorhanden. Das Empfängermodul kann im Umkreis der Vorrichtung fest stationiert sein, oder es kann nur für den Messvorgang in den Sendebereich des Sendemoduls verbracht werden.This object is achieved with a device having the features in claim 1. In addition to the amplifier, the housing has a transmission module, an antenna and an electrical energy source, so that the measurement signals generated by the strain gage and amplified by the amplifier can be transmitted wirelessly to a receiver module. Apparently, this cabling is obsolete, which is a significant relief during installation. But even during the measuring process there are no disturbing cabling. The receiver module can be permanently stationed in the vicinity of the device, or it can only be brought into the transmission range of the transmitter module for the measuring process.
Eine besonders optimale Anordnung ergibt sich, wenn zwei im Abstand zueinander angeordnete Permanentmagnete im Gehäuse gelagert sind, die über Schraubendruckfedern am Gehäuse abgestützt sind, wobei die Vorspannkraft der Schraubendruckfedern mittels Versteilschrauben auf einer der Auflagefläche gegenüberliegenden Gehäuseoberseite verstellbar ist und wenn das Sendemodul mit der Antenne zwischen den Versteilschrauben angeordnet ist. Diese Anordnung ist besonders Platz sparend und vergrössert die Bauhöhe der bekannten Vorrichtungen mit zwei Permanentmagneten nicht oder nur geringfügig.A particularly optimal arrangement results when two spaced apart permanent magnets are mounted in the housing, which are supported by helical compression springs on the housing, wherein the biasing force of the helical compression springs by means of adjusting screws on a support surface opposite the housing top is adjustable and if the transmitter module with the antenna between the adjusting screws is arranged. This arrangement is particularly space-saving and increases the height of the known devices with two permanent magnets not or only slightly.
Das Gehäuse kann vorteilhaft eine Ausnehmung aufweisen, und das Sendemodul und die Antenne können in einem Deckel aus Kunststoffmaterial angeordnet sein, der die Ausnehmung verschliesst. Der Deckel verhindert das Eindringen von Schmutz in die Ausnehmung, und die Antenne ist auf diese Weise optimal platziert, wobei das Kunststoffmaterial eine optimale Signalabstrahlung gewährleistet.The housing may advantageously have a recess, and the transmitter module and the antenna may be arranged in a cover made of plastic material, which closes the recess. The lid prevents the ingress of dirt into the recess, and the antenna is optimally placed in this way, whereby the plastic material ensures optimum signal radiation.
Bei der Variante mit zwei Permanentmagneten kann der Deckel zwischen die Gewindebolzen der Versteilschrauben eingepasst sein, und die Schraubenköpfe können den aufgesetzten Deckel überragen und teilweise überlappen. Diese Anordnung ist ebenfalls besonders Platz sparend, wobei die Zugänglichkeit der Verstellschrauben gewährleistet ist.In the variant with two permanent magnets, the cover can be fitted between the threaded bolts of the adjusting screws, and the screw heads can project beyond the attached cover and partially overlap. This arrangement is also particularly space-saving, the accessibility of the adjusting screws is ensured.
Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn das Sendemodul und der Verstärker als parallel zueinander gelagerte Platinen ausgebildet sind und wenn die elektrische Energiequelle wenigstens eine vorzugsweise aufladbare Batterie ist, die zwischen den Platinen angeordnet ist. Die Verstärkerplatine ist dabei so nahe wie möglich am Dehnungsmessstreifen und damit relativ tief im Gehäuse angeordnet, um eine Verfälschung der Messsignale zu verhindern. Die Platine des Sendermoduls ist vorteilhaft am Deckel befestigt, so dass diese zusammen mit dem Deckel entfernt wird. Auf diese Weise ist die dazwischen angeordnete Batterie zum Auswechseln gut zugänglich, und die Platine für das Sendermodul ist so weit wie möglich weg von den metallischen Teilen, insbesondere von den Permanentmagneten. Zur Verbindung zwischen der Verstärkerplatine und der Sendemodulplatine kann ein flexibles Flachbandkabel verwendet werden.Further advantages can be achieved if the transmitter module and the amplifier are formed as boards mounted parallel to one another and if the electrical energy source is at least one preferably rechargeable battery which is arranged between the boards. The amplifier board is as close as possible to the strain gauge and thus arranged relatively deep in the housing to prevent distortion of the measurement signals. The board of the transmitter module is advantageously attached to the lid, so that it is removed together with the lid. In this way, the interposed battery is easily accessible for replacement, and the board for the transmitter module is as far away as possible away from the metallic parts, in particular from the permanent magnets. For the connection between the amplifier board and the transmitter module board a flexible ribbon cable can be used.
Das Gehäuse ist vorzugsweise etwa quaderförmig und einstückig ausgebildet, und es besteht aus Metall wie z. B. aus Aluminium oder aus Stahl. Auch eine Ausführung in Kunststoffmaterial wäre in bestimmten Fällen denkbar.The housing is preferably approximately cuboid and integrally formed, and it consists of metal such. As aluminum or steel. A version in plastic material would be conceivable in certain cases.
Um den Stromverbrauch auf die tatsächliche Messphase zu beschränken, weist die Vorrichtung vorteilhaft einen Schalter zum Aktivieren des Sendermoduls und wenigstens ein optisches Anzeigemittel zum Anzeigen der Funkverbindung mit dem Empfängermodul auf. Auf diese Weise kann nach der Applikation der Messvorrichtung auf der zu messenden Oberfläche der Schalter betätigt werden, wobei die optische Anzeige signalisiert, ob das Empfängermodul die gesendeten Signale empfängt. In order to limit the power consumption to the actual measurement phase, the device advantageously has a switch for activating the transmitter module and at least one optical display means for displaying the radio link with the receiver module. In this way, after the application of the measuring device on the surface to be measured, the switch can be actuated, the optical display signaling whether the receiver module receives the transmitted signals.
Eine Messanordnung weist wenigstens eine vorstehend beschriebene Vorrichtung und wenigstens ein Empfängermodul zum Empfangen der Messsignale auf. Zum Auswerten der Messsignale gehört ausserdem ein Personal Computer mit einem Bildschirm, auf dem die Messsignale angezeigt werden. Das Empfängermodul ist vorteilhaft als USB-Stick ausgebildet, der direkt an den Personal Computer anschliessbar ist. Damit wird ersichtlicherweise der Messvorgang weiter vereinfacht. Der USB-Stick kann beispielsweise bis zu acht Kanäle empfangen, wobei für jeden Kanal eine eigene Leuchtdiode angeordnet sein kann. Für die Übertragung der Messsignale vom Sendemodul zum Empfängermodul eignet sich beispielsweise besonders vorteilhaft der offene Funknetz-Standard ZigBee®. Dieser Standard ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht näher beschrieben. Selbstverständlich könnte das Empfängermodul auch als eigenständige Einheit ausgebildet sein, welche die Signale über ein Kabel an eine Auswertstelle weiterleitet. Auch ein anderer Funknetz-Standard könnte unter Umständen eingesetzt werden.A measuring arrangement has at least one device described above and at least one receiver module for receiving the measuring signals. To evaluate the measurement signals also includes a personal computer with a screen on which the measurement signals are displayed. The receiver module is advantageously designed as a USB stick that can be connected directly to the personal computer. This will obviously further simplify the measuring process. The USB stick can, for example, receive up to eight channels, whereby a separate light-emitting diode can be arranged for each channel. For the transmission of measurement signals from the transmitter module to the receiver module, for example, the open wireless network standard ZigBee ® is particularly advantageous. This standard is known to the person skilled in the art and will therefore not be described in detail here. Of course, the receiver module could also be designed as an independent unit which forwards the signals via a cable to an evaluation point. Another radio network standard could be used under certain circumstances.
Besonders vorteilhaft arbeitet die Messanordnung, wenn sie mehrere Vorrichtungen aufweist, deren Messsignale alle an das gleiche Empfängermodul übertragbar sind, wobei die Sendemodule jeder Vorrichtung individuell codiert sind. Normalerweise braucht es zur Überwachung einer Säule oder eines Holms zwei Messvorrichtungen, die einander diametral gegenüberliegend platziert werden. Jede Messvorrichtung sendet dabei auf einem eigenen Kanal, wobei vorzugsweise jeweils ein Paar der Messvorrichtungen mit einer eigenen Gehäusefarbe markiert ist. Bei einer Maschine mit beispielsweise vier Säulen oder Holmen weiss die Bedienungsperson damit immer, welche Messvorrichtungen paarweise zusammengehören. Insgesamt senden dann acht Messvorrichtungen jeweils auf einem eigenen Kanal.The measuring arrangement works particularly advantageously if it has a plurality of devices whose measuring signals can all be transmitted to the same receiver module, the transmitting modules of each device being coded individually. Normally, to monitor a column or spar, it requires two gauges placed diametrically opposite one another. Each measuring device transmits on a separate channel, wherein preferably each one pair of the measuring devices is marked with its own housing color. In a machine with, for example, four columns or bars, the operator always knows which measuring devices belong together in pairs. Overall, then send eight measuring devices each on a separate channel.
Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen. Es zeigen:Further individual features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the drawings. Show it:
Wie in
Diese Situation ist in den
Wie aus
In den
Für jeden der beiden Permanentmagnete ist im Gehäuse ein Hohlraum
Die Schraubendruckfedern wirken ausserdem auch noch als Vibrationsdämpfer.The helical compression springs also act as vibration dampers.
Im Gehäuse
Auf der Deckelaussenseite ist ein Schalter
Wie in
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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