DE2617987A1 - Dehnungstransformator zur messung der beanspruchung oder verformung von maschinenteilen oder anderen bauteilen unter belastung - Google Patents

Description

• Dehnungstransformator zur Messung der Bean-
• spruchung oder Verformung von Maschinenteilen oder anderen Bauteilen unter Belastung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dehnungstransformator zur Messung der Beanspruchung oder Verformung von Maschinenteilen oder anderen Bauteilen unter Belastung mittels Dehnungsmeßstreifen, der aus einem Verformungselement besteht, das mit in Abstand voneinander angeordneten Befestigungselementen unter Zwischenschaltung von formsteifen Stegen am Maschinenteil oder Bauteil befestigt ist, derart, daß die neutrale Faser des Verformungselementes im wesentlichen quer zur IIauptbeanspruchung des Maschinen- oder Bauteiles liegt.
• Ein derartiger bekannter Dehnungstransformator besteht aus einem Verformungselement in Form eines Biegebalkens, der an seinen Enden und in der Mitte über senkrecht zum Verformungselement angeordnete Stege mit Querstegen verbunden ist, die mittels Schrauben am Maschinen- oder Bauteil befestigt sind. Bei diesem bekannten Dehnungstransformator hängt die Durchbiegung des Verformungselementes vom Abstand der Querstege voneinander und von der Länge des Biegebalkens ab. Da bei diesem bekannten Dehnungstransformator die Dehnungsmeßstreifen die durch die Biegung des Verformungselementes entstandenen Dehnungen messen sollen, müssen sie senkrecht zur Maschinen- bzw. Bauteiloberfläche an der Stelle der größten Biegung am Verformungselement befestigt werden. Beim bekannten Dehnungstransformator werden daher vier Dehnungsmeßstreifen beiderseits des Biegebalkens befestigt in möglichst großem Abstand von der neutralen Faser.
• Nachteilig beim bekannten Dehnungstransformator ist dadurch, daß die Dehnungsmeßstreifen in relativ großem Abstand voneinander auf dem Verformungselement befestigt sind und somit die thermische Stabilität der Meßanlage ungenügend ist. Ferner entstehen an den Befestigungspunkten des Dehnungstransformators am Maschinen- bzw. Bauteil sehr große Kräfte, da der Abstand der Dehnungsmeßstreifen von der neutralen Faser möglichst groß sein muß, um ein möglichst großes Meßsignal zu erhalten, dadurch jedoch das Widerstandsmoment des Verformungselementes sehr groß wird. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, den Abstand der Befestigungselemente der Querstege am Maschinen- bzw.
• Bauteil in Abhängigkeit von der Größe des gelainschten >Ießsignales zu wählen, sondern dieser Abstand wird durch die höchst zulässige Beanspruchung der Befestigungselemente und des Verformungselementes bestimmt. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Dehnungstransformators liegt darin, daß bei nicht vollkommen ebener Maschinen- bzw. Bauteilenoberfläche Verwindungen bzw. Quer- oder Längsbiegungen des Dehnungstransformators entstehen können, die sich auf das Meßsignal auswirken und nicht vollständig kompensiert werden können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Dehnungstransformators zu vermeiden und einen Dehnungstransformator zu schaffen, bei dem trotz relativ großem Abstand der Befestigungselemente nur relativ geringe Kräfte von diesen Befestigungselementen aufgenommen zu werden brauchen, bei dem Verwindungen des Dehnungstransformators bzw.
• Quer- oder Längsbiegungen des Verformungselementes keine oder nur'eine geringe Auswirkung auf das MeXergebnis haben und leicht kompensiert werden können, bei dem die Verformung der Befestigungsstege und die damit verbundene Veränderung der Biegelinie des Verformungselementes keinerlei Auswirkungen auf das Meßergebnis haben und bei dem Temperaturunterschiede zwischen den Dehnungsmeßstreifen nicht oder kaum auftreten können.
• Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
• Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Merkmalen der übrigen Ansprüche,der Beschreibung und der Zeichnung.
• Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Messung der Schubdehnung durch die Dehnungsmeßstreifen in Richtung in der iIauptspannungen ein Meßergebnis liefert, das vollkommen unabhängig ist vom Abstand der Dehnungsmeßstreifen von der neutralen Faser des Verformungselementes sowie von der Verformung der Verbindungsstege zwischen dem Verformungselement und den Befestigungselementen auf dem Maschinen- bzw. Bauteil.
• Da die Dehnungsmeßstreifen erfindungsgemäß so angeordnet sind, daß sie nur durch die Schubdehnungen beansprucht werden, können etwaige auftretende Zug- oder Druckspannungen keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Insbesondere können, wie schon erwähnt, Biegungen oder Verwindungen des Dehnungstransformators das Meßergebnis nicht beeinflussen. Das Verformungselement kann sehr dünn und mit geringem Widerstandsmoment ausgebildet werden, so daß die auftretenden Kräfte gering bleiben. Da jeweils ein Paar Dehnungsmeßstreifen nebeneinander auf der Oberseite und der Unterseite des Verformungselementes angeordnet werden und hierbei den geringstmöglichen Abstand voneinander haben, können auch praktisch keine Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Dehnungsmeßstreifen auftreten, so daß hierdurch keine Verfälschung des Meßergebnisses eintreten kann.
• In der Beschreibung sind zwei in der Zeichnung dargestellte beispielsweise Ausführungsformen erläutert und es zeigen Fig. i eine Draufsicht auf einen Dehnungstransformator gem. einer ersten Ausführungsforn Fig. 2 einen Schnitt gem. II-II in Fig0 1 und Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Dehnungstransformator gem. einer zweiten Ausfiihrungsform.
• Wie man in Fig. 1 erkennen kann, ist der Dehnungstransformator s-förmig ausgebildet und besteht aus den Querstegen 1los, die zur Befestigung des Dehnungstransformators am Maschinen- bzw.
• und Bauteil 2 dienen den dazu rechtwinklig angeordneten formsteifen Stegen 12, die an den Enden des Verformungselementes 6 angreifen. Dieser s-förmige Dehnungstransformator ist einstückig aus einem geeigneten Material hergestellt, das möglichst die gleiche Wärmedehnung wie das Maschinenteil bzw.
• Bauteil 2 aufweisen sollte. Das Verformungselement 6 ist durch Ausfräsung der Ausnehmungen 6a gewonnen worden. Die Ausnehmungen 6a sind so bemessen, daß,in Richtung des Schnittes II-II gesehen, ein I-Querschnitt entsteht mit sehr schmalen Gurten und Stegen. Ferner sind die Abmessungen der Ausnehmungen 6a so bemessen, daß sie im wesentlichen den Abmessungen von zwei nebeneinander angeordneten Dehnungsmeßstreifen mit 450-Gitter entsprechen. Die Querstege 14 sind mit Bohrungen 14a versehen, durch die die Dehnschrauben 8 hitndurchgreifen. Die Köpfe 8a der Delmschrauben 8 stützen sich über die Hülsen 10 in den Bohrungen 14a ab. Der Abstützpunkt der Hülsen 10 liegt etwa in Höhe des Verformungselementes 6 bzw. kann auch noch tiefer liegen, so daß auf die Querstege 1 bei der Beanspruchung nur sehr geringe Kippmomentc wirken können.
• Durch die formsteife Ausbildung der Stege 12 und 14 gegenüber der Ausbildunji des Verformungselementes 6 mit dem gegenüber den Stegen 12, 14 sehr viel geringerem Widerstandsltlolllent wird rd praktisch die gesamte, durch die Abstandsänderung der Schrauben R hervorgerufen Verformung des Dehnungstransformators auf das Verformungselement 6 übertragen, wodurch ein entsprechend großes Meßsignal erzeugt wird. Da die Meßrichtung der Dehnungsmeßstreifen in Richtung der Hauptspannungen liegt, die unter 450 zu den lIauptschubspannungen entstehen, wobei die Hauptspannungen aus der am Verformungselement auftretenden Querkraft resultieren, ist der Dehnungstransformator sehr unempfindlich gegen Längs- bzw. Querbiegungen des Verformungselementes bzw. gegen eine Verwindung des Dehnungstransformaß bors aufgrund einer nicht ganz planen Oberfläche des Maschinenteils bzw. Bauteils 2.
• Zu beachten ist ferner, daß der in Fig. 1 dargestellte Dehnungstransformator insofern auch vereinfacht werden kann, als unter bestimmten Voraussetzungen auf die Querstege 14 entweder ganz verzichtet werden kann, so daß die Befestigung des Dehnungstransformators auf dem Maschinen- bzw. Bauteil 2 nur noch über zwei, durch die freien Enden der Längsstege 12 hindurchgreifende Dehnschrauben 9 erfolgt, falls durch andere geeignete Mittel eine Drehung der Längsstege 12 um die Befestigungspunkte verhindert werden kann. Andererseits kann bei genügend steifer Ausbildung der Längsstege 12 und der Qierstege 1i1 die Befestigung des s-förmigen Dehnungstransformators über nur zwei Dehnschrauben 8 erfolgen, en diese in der Mittellängsebene des Dehnungstransformators angeordnet sind. Diese beiden Möglichkeiten machen sich den Vorteil des erfindungsgemäßen Dehnungstransformators zunutze, der unempfindlich gegeniiber Biegebeanspruchungen der einzelnen Elemente ist.
• In Fig. 3 ist ein Dehnungstransformator dargestellt, der mit drei Befestigungselementen auskommt, jedoch zwei Verformungselemente 6 aufweist, die jeweils mit vier Dehnungsmeßstreifen bestiickt sind. Wie man erkennen kann, sind die Verformungselemente 6 gleichachsig zueinander angeordnet. An ihre äußeren Enden greifen rechtwinklig je ein formsteifer Steg 12' an, während ein weiterer Steg 13' rechtwinklig zwischen den beiden Verformungselementen 6 und entgegengesetzt gerichtet zu den beiden anderen Stegen 12' angreift. Die freien Enden der Stege i2' sind durch einen Quersteg 14' miteinander verbunden.
• Der Quersteg 14' weist die Bohrungen 14 'n für zwei'Dehnschrauben auf, während der Längssteg 13' an seinem Ende die Bohrung 13'a fiir eine Dehnschraube 8 aufweist. Da diese Ausführungsform bezüglich ihrer Längsmittelebene biegesymmetrisch ausgebildet ist, können hier keinerlei unglcichmäßige Beanspruchungen auftreten, die das Meßergehnis verfälschen könnten.
• Aus diesem Grunde ist es auch möglich, die Meßsignale aller Dehnungsmeßstreifen 11 in einer Brückensehaltung zu verarbeiten, wodurch die Größe des Meßsignals verdoppelt wird.

Claims (1)

1. Ansprüche 1. Dehnungstransformator zur Messung der Beanspruchung oder Verformung von Maschinenteilen oder anderen Bauteilen unter Belastung mittels Dehnungsmeßstreifen, der aus einem Verformungselement besteht, das mit in Abstand voneinander angeordneten Befestigungselementen unter Zwischenschaltung von formsteifen Stegen am Maschinenteil oder Bauteil befestigt ist, derart, daß die neutrale Faser des Verformungselementes im wesentlichen quer zur Ilauptbeanspruchung des Maschinen- oder Bauteiles liegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Dehnungsmeßstreifen (4) im wesentlichen parallel zur Maschinen- oder Bauteiloberfläche auf dem Verformungselement (6) befestigt ist und daß die Meßrichtung des Dehnungsmeßstreifens (4) in Richtung einer Ilauptspannung liegt 2. Dehnungstransformator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß je zwei Dehnungsmeßstreifen (4) einander gegenüber-liegend auf der Oberseite und auf der Unterseite des Verformungselementes (6) befestigt sind und daß die Meßrichtungen der Dehnungsmeßstreifen (4) einer Seite unter einem Winkel von 900 zueinwander stehen.

   3. Dehnungstransformator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Dehnungsmeßstreifen (4) mit 450-Gitter verwendet werden.

   4. Dehnungstransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an jedem Ende des Verformungselementes (6) und entgegengesetzt rechtwinklig dazu je ein formsteifer Steg (12) befestigt ist, deren Enden am Maschinen- oder Bauteil (2) befestigt sind.

   5. Dehnungstransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei miteinander verbundene Verformungselemente (6) gleichachsig zueinander vorgesehen sind, daß an deren äußeren Enden und rechtwinklig dazu je ein formsteifer Steg (12') befestigt ist und daß ein weiterer Steg (13') rechtwinklig zu den Verfornlungselementen (6) und entgegengesetzt gerichtet zu den beiden anderen Stegen (12') zwischen den beiden Verforlliungselementen (6) befestigt ist, wobei die Enden der drei Stege (im', 13') am Maschinen-oder Bauteil (2) befestigt sind.

   6. Dehnungstransformator nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens an den Enden der Stege (12, 12') quergerichtete, formsteife Befestigungsstege (14, 14') angeordnet sind, die jeweils mit mindestens einer Schraube (8) am Maschinen- oder Bauteil (2) befestigt sind.

   7. Dehnungstransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Länge und Breite eines Yerformungselementes (6) im wesentlichen den Abmessungen mindestens eines, höchstens zweier Dehnungsmeßstreifen (4) entspricht.

   8. Dehnungstransformator nach den Ansprüchen 4, 6 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stege (12, i4) und das Verformungselement (6) einstückig s-förmig ausgebildet sind und daß das Verfonnungselement (6) durch Ausfräsung von Ausnehmungen (6a) gewonnen wird, derart, daß in Beanspruchungsrichtung ein I-Querschmtt entsteht.

   9. Dehnungstransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Befestigungselemente aus Dehnschrauben (S) bestehen, deren Zöpfe (8a) sich auf dem Längssteg (13') bzw. den Querstegen (14, 14') mittels Ilülsen (10) abstützen und daß die Abstützung der Hülsen (io) auf dem Längssteg (13') bzw. den Querstegen (14, lllt) in Bohrungen (13'a, 14a, 14'a) abgesenkt ist und höchstens etwa in Höhe des Verformungselementes (6) liegt.