DE3808346C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer, insbesondere zur Verformungsmessung, mit zwei an einem zu untersu­ chenden Prüfling ansetzbaren, flach ausgebildeten fe­ derelastischen Schenkeln, die an einem Ende fest mit­ einander verbunden sind und die an ihrem freien anderen Ende Abgriffelemente aufweisen, über die der Wegaufneh­ mer auf dem Prüfling fixierbar ist, mit wenigstens einem auf einem der Schenkel befestigten Dehnungsmeßstreifen, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Veränderung des Abstandes der Abgriffelemente än­ dert, wobei eine der Wegänderung proportionale Meßgröße geliefert wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus der DE-AS 25 43 126 bekannt ist.

Derartige Wegaufnehmer werden beispielsweise in bruchmechanischen Versuchen, die der Ermittlung werk­ stoffspezifischer mechanischer Eigenschaften dienen, zur Erfassung der Aufweitung einer Werkstoffprobe in der Umgebung eines vor Versuchsbeginn eingebrachten Ermü­ dungsrisses verwendet. Die Abgriffelemente, die in der Regel angespitzt ausgebildet sind, werden dabei in zuvor beidseitig eines zu erwartenden Risses eingebrachte Här­ teeindrücke, die Markierungen darstellen, eingebracht bzw. dort mit geeigneten Mitteln fixiert. Die sich im Laufe des Versuches als Folge der aufgebrachten mecha­ nischen Beanspruchung bildende Aufweitung d.h. die Ver­ größerung des Abstandes beider Härteeindrücke voneinan­ der, wird über die Schenkel des Wegaufnehmers, die starr ausgebildet sind, auf einen zwischen den Schenkeln an­ geordneten Dehnungsmeßstreifen übertragen, der auf be­ kannte Weise eine der Wegänderung proportionale Meßgröße liefert.

Solche Wegaufnehmer funktionierten für viele Anwendungszwecke zufriedenstellend, es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Untersuchungen von bestimmten Werkstof­ fen, die eine sehr große plastische Verformung vor der Rißbildung zeigen, die Gefahr einer Beschädigung bzw. einer Zerstörung des Wegaufnehmers besteht, da er diese großen Wegänderungen nicht zu erfassen imstande sind. Werkstoffe, die eine große plastische Verformung vor dem Auftreten eines Ermüdungsrisses zeigen, sind beispiels­ weise austenitische Stähle.

Der aus der bereits genannten DE-AS 25 43 126 bekannte Wegaufnehmer, der nach Art eines Baukastensystems aufgrund eines in unter­ schiedlicher Länge ausbildbaren dortigen Verbindungsele­ ments für den jeweils gewünschten Meßbetrieb ausgerüstet werden muß, hat den Nachteil, daß dieser aus einer Viel­ zahl von einzelnen Teilen besteht und die Vielzahl der Teile zudem im Bereich der Verbindung der beiden dorti­ gen Biegefedern einen verhältnismäßig großen Körper schafft, der bei vielen Anwendungsfällen eine Verwendung unmöglich macht, da der für den Körper benötigte Platz vielfach nicht vorhanden ist. Bei Dehnungsmeßversuchen, wie sie mit Wegaufnehmern dieser Art angestrebt werden, werden in der Regel eine Vielzahl von Wegaufnehmern be­ nötigt, die zudem auf kleinstem Platz anzuordnen sind und sich demzufolge nicht bei der Anordnung bei dem zu untersuchenden Werkstück gegenseitig behindern dürfen.

Schließlich ist bei dem bekannten Wegaufnehmer von Nach­ teil, daß auch die Stabilität der dortigen Anordnung insgesamt eingeschränkt ist, da aufgrund der Vielzahl der zum Wegaufnehmer gehörenden Einzelteile ebenfalls gesonderte Maßnahmen, außer der kraftschlüssigen Ver­ bindung zwischen beiden Biegefedern, erforderlich sind, um im montierten Zustand beide Biegefedern auf gewünsch­ te Weise, d. h. nicht nur parallel sondern auch zueinan­ der fluchtend auszurichten.

Aus der US-PS 33 19 338 ist ein Wegaufnehmer bekannt, der Schenkel aufweist, die als einstückig ausgebildetes "U" realisiert sind, wobei die dort verwendeten Deh­ nungsmeßstreifen im mittleren Bereich, d. h. nicht auf den Schenkeln, angeordnet sind. Wegaufnehmer dieser Art werden zwar für ähnliche Meßaufgaben eingesetzt wie der erfindungsgemäße Wegaufnehmer, betreffen aber eine an­ dere Gattung. Darüber hinaus ist der bekannte Wegaufneh­ mer auch konstruktiv erheblich aufwendiger als der er­ findungsgemäße ausgebildet.

Aus Journal of Scientific Instruments (Journal of Phy­ sics E) , Serie 2, Volume 1, 1968, Seiten 937-939, ist ein Stechzirkel bekannt, der einen Griff aufweist. Über die konstruktive Struktur der Verbindung der einzelnen Schenkel ist aus der dortigen schematischen Darstellung gemäß der dortigen Figur nicht zu entnehmen, was Aus­ sagen über bauliche Einzelheiten, insbesondere der Ver­ bindungsstelle der beiden dortigen Schenkel in bezug auf die erfindungsgemäße Lösung erlaubt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg­ aufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß er bei hoher Eigenstabilität einfach im Aufbau ist, mit ihm die Aufweitungseigen­ schaften von Werkstoffen mit großer plastischer Verfor­ mung mit großer Genauigkeit erfaßt werden können, und der fortwährend auf vorbestimmte Weise fluchtend ausgebil­ dete Schenkel aufweist und aufgrund geringer äußerer Abmessungen selbst bei örtlich und platzmäßig einge­ schränkten Meßbedingungen einsetzbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die den freien Enden der Schenkel entgegengesetzten En­ den jeweils einen abgewinkelten Bereich aufweisen, wobei diese beiden Bereiche vollflächig aufeinanderliegend mit­ einander verbunden sind.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers besteht darin, daß die federelastischen Schenkel, die eine vor­ bestimmte Länge aufweisen, an ihren den freien Enden entgegengesetzten Enden nach Art eines Griffs einer Stimmga­ bel fest miteinander verbunden sind, d. h. einen Y-för­ migen Körper bilden. Dadurch können die Schenkel jeweils aus identischen Teilen hergestellt werden, wobei die Schenkel, wenn sie zu einem den Wegaufnehmer in seiner Gesamtheit bildenden Körpern aus zwei Schenkeln zusam­ mengefügt worden sind, lediglich aus flach ausgebildetem Werkstoff hergestellt werden können, der beispielsweise im Handel als Werkstoff-Halbzeug verfügbar ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Wegaufnehmers besteht darin, daß dieser hochstabil ausbildbar ist, d. h. es treten keine unbeabsichtigten Verdrehungen der beiden Schenkel zueinander auf, da die beiden zusammen­ gefügten Enden fortwährend flächig aufeinanderliegen.

Vorteilhafterweise werden die Schenkel aus Metall ge­ bildet, beispielsweise aus Stahl oder Stahllegierungen, es sei aber darauf verwiesen, daß beliebige andere ge­ eignete Werkstoffe, die federelastische Eigenschaften haben, grundsätzlich zur Ausbildung der Schenkel ver­ wendet werden können.

Nach einer weiteren anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind auf jedem Schenkel zur Ausbildung einer elektrischen Vollbrückenschaltung je zwei Deh­ nungsmeßstreifen angeordnet, wobei mit dieser Art der elektrischen Brückenschaltung die Empfindlichkeit des Wegaufnehmers, d.h. die Empfindlichkeit der Erfassung einer Wegänderung zwischen den beiden Abgriffelementen vergrößert wird, wobei diese Ausgestaltung in der Regel immer dann Verwendung findet, wenn es auf sehr präzise Erfassung von Wegänderungen ankommt.

Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, daß die Schenkel im Bereich der auf ihnen angebrachten Dehnungs­ meßstreifen in ihrem Querschnitt verringert sind, so daß die federelastischen Eigenschaften des Schenkels bzw. der Schenkel auf vorbestimmte Weise eingestellt werden können und die bei einer Abstandsänderung auftretenden elastischen Verformungen auf den Bereich der Schenkel konzentriert werden, in dem die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Daraus resultiert eine besonders hohe Meßempfindlichkeit des Wegaufnehmers gemäß der Erfindung.

Wie oben schon dargestellt, können die Schenkel an ihren miteinander verbundenen Enden auf beliebige geeignete Weise verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben und dergl. Vorteilhafterweise weisen die mitein­ ander verbundenen Enden jedoch wenigstens eine im we­ sentlichen quer zu den Schenkeln verlaufende Bohrung auf, die zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (Schrau­ be, Bolzen) dient, um auf einfache Weise die beiden vor­ genannten Enden der Schenkel fest miteinander zu ver­ binden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Aus­ führungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Werk­ stoffprobe, die einen Ermüdungsriß zeigt, und einen aus Darstellungszwecken von der Werk­ stoffprobe abgehobenen Wegaufnehmer bekannter Art und

Fig. 2 in perspektivischer und in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung ein Ausführungsbei­ spiel eines Wegaufnehmers gemäß der Erfindung, der mit seinen Abgriffelementen in zwei Här­ teeindrücke eingesetzt ist.

Unter Bezugnahme auf die Darstellung gemäß Fig. 1 wird zunächst kurz die Wirkungsweise des bekannten Wegaufnehmers 10 beschrieben. In eine Werkstoffprobe 13 werden, wie allgemein bei Bruchmechanik-Versuchen, in der Umgebung des vor Versuchsbeginn eingebrachten Ermüdungsan­ risses, d.h. beidseitig des zu erwartenden Risses 16, je­ weils ein Härteeindruck 19, 20 eingebracht, in den jeweils ein Abgriffelement 111, 121 des Wegaufnehmers 10 ein­ greift. Die Abgriffelemente 111, 121 sind an Schenkeln 11, 12 befestigt, wobei die Änderung des Abstandes 17 zwischen beiden Härteeindrücken 19, 20 im Laufe der Durchführung der Untersuchung durch einen Dehnungsmeßstreifen 14 erfaßt wird, der zwischen den beiden Schenkeln 11, 12 des Wegauf­ nehmers 10 angeordnet ist. Die vom Dehnungsmeßstreifen 14 gelieferte bzw. abgeleitete Meßgröße ist proportional der Wegänderung bzw. der Änderung des Abstandes 17 zwischen beiden Härteeindrücken 19, 20.

Der Wegaufnehmer 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 darge­ stellt, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der in Fig. 2 dargestellte Wegaufnehmer 10 besteht im wesentli­ chen aus zwei Schenkeln 11, 12 aus federelastischem Werk­ stoff, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel flach und mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Es sei darauf verwiesen, daß grundsätz­ lich jeder beliebige geeignete Werkstoff zur Ausbildung der Schenkel 11, 12 benutzt werden kann, es hat sich je­ doch gezeigt, daß insbesondere federelastischer Stahl sich sehr gut für diese Zwecke eignet. Die Schenkel 11, 12 wei­ sen jeweils ein freies Ende 110, 120 und einen dem freien Ende gegenüberliegenden abgewinkelten Bereich 112, 122 auf, in dem beide Schenkel 11, 12 fest miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder Schrauben oder auf beliebige andere geeignete Weise erfolgen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bilden die bei­ den Schenkel 11, 12 im miteinander verbundenen Zustand insgesamt eine Y-Form bzw. sind in etwa nach Art einer Stimmgabel geformt.

Die freien Enden 110, 120 weisen einen vorbestimmten Ab­ stand 17 voneinander auf. An den freien Enden 110, 120 sind darüber hinaus jeweils Abgriffelemente 111, 121 aus­ gebildet, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel in Form gehärteter Stahlstifte ausgebildet sind. Die Abgriffelemente 111, 121 sind durch Kleben oder Schweißen an den freien Enden 110, 120 der jeweiligen Schenkel 11, 12, befestigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die hier Spitzen aufweisenden Abgriffelemente 111, 121 nicht zwin­ gend Spitzen zur Fixierung auf der Werkstoffprobe 13 auf­ weisen müssen, es ist auch denkbar, daß diese für bestimm­ te Anwendungszwecke in auf der Werkstoffprobe 13 fest vor­ gesehene Fixierungen eingebracht werden bzw. an ihnen be­ festigt werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Wegaufnehmer weisen die verbundenen abgewinkelten Bereiche 112, 122 der Schenkel 11, 12 eine Boh­ rung 18 auf, mittels derer die Bereiche 112, 122, beispiels­ weise mittels eines Bolzens oder einer Schraube, die hier nicht gesondert dargestellt sind, zu verbinden sind.

Auf den Schenkeln 11, 12 sind jeweils Dehnungsmeßstreifen 14, 15 angeordnet, die über eine Kabelverbindung 21 und eine Kupplungseinrichtung 22 zu einer hier nicht darge­ stellten elektrischen bzw. elektronischen Auswerteeinheit geführt werden. Auf den Schenkeln 11, 12 können jeweils zwei, d.h. insgesamt vier Dehnungsmeßstreifen 14, 15 vorgesehen sein, von denen jeweils je einer auf der Au­ ßenseite und einer auf der lnnenseite der Schenkel 11, 12 angeordnet ist, so daß in der in Fig. 2 gewählten Darstel­ lung insgesamt nur zwei Dehnungsmeßstreifen sichtbar sind. Diese sind in der Weise zu einer Vollbrückenschaltung zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Wegaufnehmers 10 zusammengeschaltet, daß jeweils ein auf der Schenkelaußenseite und ein auf der Schenkelinnenseite angeordneter Dehnungsmeßstreifen gemeinsam einen Zweig der elektrischen Widerstandsbrücke bilden. Die Dehnungsmeßstreifen 14, 15 werden beispielsweise auf die Schenkel 11, 12 aufgeklebt.

Die Schenkel 11, 12 können im Bereich der auf ihnen ange­ ordneten Dehnungsmeßstreifen, wie ebenfalls nicht darge­ stellt, einen geringeren Querschnitt aufweisen, über den die federelastische Eigenschaft der Schenkel 11, 12 auf vorbestimmte Weise eingestellt werden kann.

Der Wegaufnehmer 10 von Fig. 2 wird zur Durchführung der Werkstoffprüfung mit seinen spitz ausgebildeten Ab­ griffelementen 111, 121 in jeweils einen der in die zu unter­ suchende Werkstoffprobe eingebrachten Härteeindrücke 19, 20 gesetzt und dort mittels hier nicht gesondert darge­ stellter Einrichtungen derart fixiert, daß der Wegaufneh­ mer 10 im Bereich der Abgriffelemente 111, 121 quasi fest mit der Werkstoffprobe 13 verbunden ist. Da der die Werk­ stoffprobe 13 bildende Werkstoff bestimmungsgemäß eine sehr große plastische Verformung zeigt, bevor es zur Aus­ bildung des Risses 16 kommt, d.h. da die mögliche Änderung des Abstands 17 zwischen beiden Härteeindrücken 19, 20 sehr groß ist, müssen die Schenkel 11, 12 diesen Änderun­ gen folgen können, ohne daß es zu einer Zerstörung oder Beschädigung kommt. Durch die Ausbildung der Schenkel aus federelastischem Werkstoff wird dieser Forderung Genüge getan.

Claims (6)

1. Wegaufnehmer, insbesondere zur Verformungsmessung, mit zwei an einem zu untersuchenden Prüfling ansetzba­ ren, flach ausgebildeten federelastischen Schenkeln, die an einem Ende fest miteinander verbunden sind und die an ihrem freien anderen Ende Abgriffelemente aufweisen, über die der Wegaufnehmer auf dem Prüfling fixierbar ist, mit wenigstens einem auf einem der Schenkel befes­ tigten Dehnungsmeßstreifen, dessen elektrischer Wider­ stand sich in Abhängigkeit von der Veränderung des Ab­ standes der Abgriffelemente ändert, wobei eine der Weg­ änderung proportionale Meßgröße geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den freien Enden (110, 120) der Schenkel (11, 12) entgegengesetzten Enden jeweils einen abgewinkelten Bereich (112, 122) aufweisen, wobei diese beiden Bereiche vollflächig aufeinanderliegend mitein­ ander verbunden sind.

2. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schenkel (11, 12) aus Metall bestehen.

3. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf jedem Schenkel (11, 12) zur Ausbildung einer elektrischen Vollbrückenschaltung je zwei Dehnungsmeßstreifen (14, 15) angeordnet sind.

4. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schenkel (11, 12) im Be­ reich der auf ihnen angeordneten Dehnungsmeßstreifen (14, 15) in ihrem Querschnitt verringert sind.

5. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schenkel (11, 12) an ihren miteinander verbundenen abgewinkelten Bereichen (112, 122) eine Fixierungseinrichtung aufweisen.

6. Wegaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierungseinrichtung wenigstens eine durch die miteinander verbundenen abgewinkelten Bereiche (112, 122) verlaufende Bohrung (18) aufweist.