DE2802176A1

DE2802176A1 - Neuartiges kraftmessgeraet in dehnungsmesstreifentechnik, insbesondere fuer die untersuchung von werkstoffpruefmaschinen

Info

Publication number: DE2802176A1
Application number: DE19782802176
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Phys Dambacher; Karl Felgner
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1978-01-19
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2802176B2; DE2802176C3

Description

Neuartiges Kraftmeßgerät in Dehnungsmeßstreifentechnik, ins-
besondere für die Untersuchung von Werkstoffprüfmaschinen Im Rahmen einer Werkstoffprüfmaschinen-Untersuchung muß u.a.
der Anzeigefehler der Kraftmeßeinrichtung bestimmt werden.
Außerdem ist die Maschine hinsichtlich der Möglichkeit einer axialen Beanspruchung der eingebauten Proben zu kontrollieren.
Das geschieht mit Hilfe von Zugstäben bzw. Druckkörpern, die anstelle der Proben in der Maschine einer elastischen Verformung uSerworfen werden. Aus der gemessenen Verformung ergibt sich der Betrag der Kraft und die Axialität der Beanspruchung.
Gemessen wurden die Verformungen bisher vorzugsweise mittels Spiegelfeinmeßgeräten nach Martens. Diese mechanisch-optischen Kraftmeßgeräte erfüllen die in DIN 52301 E "Untersuchung von Werkstoffprüfmaschinen, Kraftmeßgeräte für statische Kräfte" gestellten Forderungen hinsichtlich der meßtechnischen Eigenschaften und der Einbaumaße.
Die dringende Frage nach der Rationalisierung der Untersuchung von Werkstoffprüfmaschinen ließ nach einem Meßverfahren suchen, das bei mindestens gleichwertigen meßtechnischen Eigenschaften eine schnellere Abwicklung der erforderlichen Prüfungen ermöglichen sollte. Dazu wurden gleichzeitig Verbesserungen angestrebt, die sich durch die besonderen Möglichkeiten der elektrischen Meßtechnik anbieten.
Für ketnere Prüfkräfte stehen geeignete kommerzielle Kraftaufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen als Meßgrößenwandler zur Verfügung. Solche Kraftaufnehmer können jedoch nichts über die Axialität der Krafteinleitung aussagen. Für große Kräfte gibt es darüber hinaus keine in Bezug auf Genauigkeit und Einbaumaße den Anforderungen entsprechende Kraftmeßgeräte.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist es außerdem erstrebenswert, ein Meßverfahren einzusetzen, bei dem die wertvollen, bisher mit Spiegelmeßgeräten eingesetzten Zugstäbe bzw. Druckkörper weiterverwendet werden können.
Mit Rücksicht auf die zum Messen kleinerer Kräfte eingeführten Kraftaufnehmer auf Dehnungsmeßstreifenbasis und die dazugehörigen elektronischen Geräte ist deshalb auch zum Messen der größeren Kräfte und zur Kontrolle der Axialität der Krafteinleitung ein Dehnungsmeßstreifen-Verfahren anzustreben.
Bekannt sind von den Messungen mit mechanisch-optisien Geräten her vorhandene oder auch speziell für Dehnungsmeßstreifen-Applikationen gefertigte Zugstäbe und Druckkörper, die mit Dehnungsmeßstreifen der gebräuchlichen kurzen Gitterlängen appliziert sind, Die Applikäiqnen sind hierbei in unterschiedlichen Abständen von den Krafteinleitungsebenen ausgeführt.
Mit diesen Geräten durchgeführte Kalibrierungen von Werkstoffprüfmaschinen zeigten insbesondere in den niedrigen Kraftstufen im Vergleich zu Untersuchungen mit Spiegelfeinmeßgeräten unbefriedigende Ergebnisse. Die Ursache für die großen Unterschiede zwischen den beiden so ermittelten Fehlerkurven einer Prüfmaschine kann nicht mit letzter Sicherheit angegeben werden.
Trotzdem ist davon auszugehen, daß diese Abweichungen von Ungleichmäßigkeiten in der Krafteinleitung, von der geometrischen Ausbildung des Verformungskörpers und von leichten Inhomogenitäten des Werkstoffes, die alle eine Störung des Kraftlizenverlaufes zur Folge haben, verursacht werden. Störungen im Kraftlinienverlauf machen sich bei Dehnungsmeßstreifen mit kurzen Meßgittern aber stärker bemerkbar als bei den auf einer Mantellinie des Meßkörpers über eine große Basislänge integrierenden Spiegelfeinmeßgeräten.
Durch diese nicht befriedigenden Vergleichsmessungen veranlaßt, wurden auch Versuche mit elektrischen Ansetzdehnungsaufnehmern durchgeführt. Diese mechanisch-elektrischen Aufnehmer hatten die gleichen Meßlängen wie die vordem verwendeten mechanisch-optischen Aufnehmer und zeigten auch prinzipiell die gleichen Meßergebnisse. Nicht erreicht werden konnte hierbei die erforderliche Reproduzierbarkeit bei dem notwendigerweise wiederholten An- und Abbau der Aufnehmer.
Ursache hierfür war hauptsächlich die bei den Ansetzdehnungsaufnehmern unerläßliche Kraftübertragung über die empfindlichen Meßschneiden, die zur Auslenkung der mit Dehnungsmeßstreifen bestückten Meßfeder erforderlich ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik soll durch die Erfindung eine Kraftmeßeinrichtung geschaffen werden, die bei allen Vorzügen einer dektrischen Meßeinrichtung das Messen einer Zug- oder Druckkraft und deren Axialität mit mindestens der gleichen Genauigkeit gestattet, wie es mit Spiegelfeinmeßgeräten möglich ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreiht, daß die bisher von den Spiegelfeinmeßgeräten auf dem Verformungskörper abgegriffene Meßlänge in ihrer gesamten Größe mit auf dem Verformungskörper applizierten Dehnungsmeßstreifen entsprechend langer Bauform erfaßt wird.
Um zusätzlich die Axialität der eingeleiteten Kraft messen zu können, ist die Applikation so ausgeführt, daß es wie mit Spiegelfeinmeßgeräten möglich ist, je nach Umfang des Verformungskörpers, an zwei oder vier gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Mantellinien die Verformung einzeln und deren Mittelwert zu bestimmen. Fig. 1 zeigt einen Meßkörper für Druckkräfte 5 mit vier gleichmäßig auf den Umfang verteilten Meßstellen 1; 2> 3s 4.
Um eine optimale integrierende Wirkung entlang einer Mantellinie zu bekommen, wurde auf jede der infrage kommenden Mantellinien als Meßstelle eine Dehnungsmeßstreifen-Vollbrücke appliziert, deren Aufbau in Fig. 2a dargestellt ist. Die aktiven Längsstreifen 7 erfassen hierbei nahezu die gesamte Meßlänge.
Die zur Vollbrückenergänzung erforderlichen um 90° hierzu gedrehten Dehnungsmeßstreifen 8 sind in die gemeinsame Mantellinie eingefügt. Um die erwünschte räumliche Konzentration auf einer Mantellinie zu ermöglichen, sind hierbei Dehnungsmeßstreifen mit kurzen Meßgittern eingesetzt. Bei gedrungenen Meßkörpern hat sich auch die in Figur 2b gezeigte Ausführung als brauchbare Näherungslösung erwiesen. Die Dehnungsmeßstreifen 8 mit kurzem Meßgitter sind hierbei unmittelbar heben den Längsstreifen 7 angeordnet. Die dabei unvermeidliche seitliche Abweichung der Dehnungsmeßstreifen mit kurzem Meßgitter von der gemeinsamen Mantellinie hat sich bei symmetrischer Anordnung und ausreichend großem Meßkörperdurohmesser als meßtechnisch tragbar erwiesen.
Mit Hilfe eines MeßsteBenumschalters kann durch Parallelschalten von zwei gegenüberliegenden Meßstellen der arithmetische Mittelwert gebildet werden. Desgleichen ist die Mittelwertbildung durch Parallelschalten von vier Meßstellen möglich, wobei auch hierbei jeweils zwei Meßstellen einander gegenüberliegen müssen. Voraussetzung für das einwandfreie Messen der Kraft bei nichtaxialer Beanspruchung ist, daß alle Meßstellen die gleiche Empfindlichkeit aufweisen. Dies ist bei den eingesetzten Vollbrückenschaltungen von der Fertigung her sichergestellt oder kann auch durch nachträglichen Empfindlichkeitsabgleich erreicht werden. Weitere Voraussetzung für eine exakte Mittelwertbildung ist, daß alle Meßstellen die gleiche Konfiguration gem. Fig. 2a oder Fig. 2b haben, daß die gegenüberliegenden Meßstellen 1 und 2b bzw. 3 und 4 exakt um 1800 versetzt sind und daß korrespondierende Streifen zweier Meßstellen in exakt gleicher Höhe liegen.
Anhand der in Fig. 3 dargestellten kompletten Meßeinrichtung wird das Zusammenwirken der Meßstellen 1, 2, 3; 4 am Meßkörper 9 näher erläutert. über die Leitungen lii 12 l3 14 werden die von den Meßstellen kommenden Signalspannungen dem Meßstellenumschalter 10 zugeleitet. Mit Hilfe dieses Umschalters kann die Außermittigkeit der Krafteinleitung gemessen werden, indem die Meßstellen 1 bis 4 nacheinander, einzeln angeschaltet werden. AMschließend-werden in der folgenden Schalterstellung alle Meßstellen zur exakten Mittelwertbildung parallel geschaltet. In zwei weiteren Schalterstellungen können zu Kontrollzwecken nun die Meßstellen 1 und 2 bzw. 3 und 4 parallel geschaltet und deren Mittelwert gemessen werden. Bei einem einwandfreien Arbeiten des Meßkörpers müssen die Mittelwerte der Meßstellen 1 und 2 sowie 3 und 4 mit dem Mittelwert aller Meßstellen identisch sein.
Zur Anzeige und Registrierung der Meßergebnisse sind dem Meßstellenumschalter 10 ein Digitalkompensator 15 und ein Drucker 16 nachgeschaltet.
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Claims

Neuartiges Kraftmeßgerät in Dehnungsmeßstreifentechnik, insbesondere für die Untersuchung von Werkstoffprüfmaschinen Patentansprüche: Meßkörper zum Messen von Kräften über die am Meßkörper durch die Kräfteeinwirkung auftretenden Verformungen mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen in Meßrichtung mit langen Meßgittern und die dazu um 90° gedrehten, zur Brückenergänzung erforderlichen Dehnungsmeßstreifen mit kurzen Meßgittern ausgerüstet sind und die in Meßrichtung liegenden Streifen einer Meßstelle auf derselben Mantellinie des Meßkörpers angeordnet sind.
2. Meßkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die in Meßrichtung liegenden Dehnungsmeßstreifen einer Meßstelle auf derselben Mantellinie des Meßkörpers angeordnet sind und die dazu um 900 gedrehten Dehnungsmeßstreifen mit kurzen Meßgittern dazwischen liegen und mit ihrer Meßgittermitte ebenfalls auf dieser Mantellinie liegen.
3. Meßkörper nach ANspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem zylindrischen Meßkörper auf zwei um 1800 versetzten Mantellinien Dehnungsmeßstreifen mit langen und quer hierzu mit kurzen Meßgittern angeordnet sind.
4. Meßkörper nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf 900 von einander entfernten Mantellinien am Umfang in Meßrichtung Dehnungsmeßstreifen mit langen und quer hierzu Dehnungsmeßstreifen mit kurzen Meßgittern angeordnet sind.
5. Meßkörper zum Messen von Kräften mit auf diesem angeordneten Dehnungsmeßstreifen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Meßrichtung liegenden Längsstreifen mit langen Meßgittern auf derselben Mantellinie angeordnet sind und daß die um 900 hierzu gedrehten Ouerstreifen mit kurzen Meßgittern an die Längs streifen anstoßen und symmetrisch zu diesen angeordnet sind.