DE4206577A1 - Einrichtung und verfahren zur ermittlung der verformung eines bauteils und verfahren zur montage der einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Trägers, einer Stütze oder dergleichen, mit einem ersten, dem Bauteil zuordenbaren Koppelelement, einem zweiten, dem Bauteil zuordenbaren Koppelelement und einer zwischen den Koppelelementen angeordneten Meßeinrichtung, deren Verformung mittels Meßelementen erfaßt und zur Anzeige der Verformung des Bauteils herangezogen wird, wobei zumindest zwischen einem der Koppelelemente und der Meßeinrichtung ein biegeweiches Übertragungselement angeordnet ist.

Zur Erfassung und Auswertung von Verformungen an Bauteilen und Bauteilstrukturen werden häufig Dehnungsmeßeinrichtungen, die z. B. Dehnungsmeßstreifen aufweisen, eingesetzt. Einsatzgebiete sind demnach alle unter Belastung stehenden und zu überwachenden Bauteile, wie z. B. Stützelemente an Brücken, Stützstrukturen, wie z. B. Maschinenständer, Walzgerüste, Pressengestelle, Einrichtungen der Lagertechnik, Lastbewegungseinrichtungen und dergleichen.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 40 64 744 bekannt. Diese Einrichtung ist mit einer Meßeinrichtung in Form eines quer zur Verformungsrichtung liegenden Biegebalkens versehen, der Halbleiter- Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung seiner Verformung und zur Abgabe eines Meßsignals aufweist. Der Biegebalken steht auf jeder Seite über ein biegeweiches Übertragungselement mit einem dem zu überwachenden Bauteil zugeordneten Koppelelement in Verbindung. Das biegeweiche Übertragungselement ist ein mit Gelenken versehenes Gestänge. Die Koppelelemente weisen auf ihrer dem Bauteil zugeordneten Fläche jeweils Kanten oder Riffeln auf. Die Kopplung erfolgt durch Anpressen der Koppelelemente an das Bauteil mit Hilfe einer Schraubeinrichtung; die Kanten oder Riffeln sollen dabei die Reibkräfte zwischen Koppelelement und Bauteil vergrößern. Aufgrund der reibschlüssigen Verbindung besteht die Gefahr von Setzerscheinungen dieser Anordnung, was zu weniger gut reproduzierbaren Meßergebnissen und zu einer schlechten Nullpunktrückkehr führt.

Eine Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Verformungen an Bauteilen ist ferner aus der US-PS 36 21 437 bekannt, bei dem ein in Verformungsrichtung des Bauteils liegender, mit Dehnungsmeßstreifen versehener Zug-/Druckstab vorgesehen ist. Die Befestigung am Bauteil erfolgt über quer zur Verformungsrichtung des Bauteils angeordnete Schraubverbindungen an den Enden des Zug-/Druckstabes, die mit Kugel/Kegelgelenken zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern versehen sind. Auch hier besteht die Gefahr von Setzerscheinungen. Darüber hinaus können sich aufgrund der Schraubverbindungen mit den Kugel/Kegelgelenken unerwünschte Zwangskräfte auf den Zug-/Druckstab ergeben.

Aus der DE-PS 22 15 620 ist ferner eine Einrichtung zur Ermittlung der gewichtsabhängig auf Stützen einwirkenden Kraft über die Erfassung der Verformung der Stützen bekannt, bei der Meßeinrichtungen in Form von Kraftmeßdosen beidseitig über zwischengeschaltete biegeweiche Stäbe an an einer Stütze angeschweißten Laschen befestigt sind. Hierzu durchdringen die Stäbe mit Gewindeenden Durchgangsbohrungen der Laschen; die Befestigung erfolgt mittels beiderseits der Laschen angeordnete Muttern, wobei noch Kugel/Kegelgelenkverbindungen vorgesehen sind. Bei dieser Einrichtung lassen sich Zwangskräfte aufgrund der Schraubverbindungen nicht ausschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem einfachen und robusten Aufbau genau reproduzierbare Meßergebnisse liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Koppelelemente und die den Koppelelementen zugeordneten Bauteilbereiche Oberflächenstrukturen aufweisen, mit denen Koppelelement und Bauteil formschlüssig gegeneinander verriegelbar sind. Damit werden Setzeffekte zufolge einer reibschlüssigen Verbindung eines Bauteils und einer Einrichtung zur Ermittlung der Verformung des Bauteils mit Sicherheit verhindert und die Genauigkeit des Meßergebnisses verbessert. Die Oberflächenstrukturen lassen sich beispielsweise spanabhebend oder durch plastische Verformung der Koppelflächen sehr rationell herstellen.

Besonders einfach ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Oberflächenstruktur quer zur Verformungsrichtung verlaufende Riefen aufweist. Die Oberflächenstruktur kann z. B. durch Grobschleifen oder andere spanabhebende Bearbeitung oder durch Prägen mit einem ein Negativ der Oberflächenstruktur aufweisenden Prägewerkzeug hergestellt werden.

Dadurch, daß die Koppelelemente und die zugeordneten Bauteilbereiche in verriegeltem Zustand gesichert aneinander liegen, werden Verformungen und Zwangskräfte aufgrund von z. B. Verschraubungseinrichtungen mit Sicherheit vermieden.

Bei Bauteilen, die nicht mit Bohrungen zur Anbringung der erfindungsgemäßen Einrichtung versehen werden dürfen, beispielsweise TÜV-abgenommene Tragwerke, erweist sich die Ausgestaltung nach Anspruch 4 als besonders günstig, wobei die Verbindung besonders vorteilhaft durch Schweißen, Löten oder Kleben erfolgen kann.

Eine besonders robuste Ausführung ergibt sich gemäß Anspruch 6. Hierbei ist insbesondere eine Ausführung von Vorteil, bei der die Meßmembran die eine Stirnseite eines zylindrischen Hohlraums abschließt, in dem eine Meßsignal- Aufbereitungseinrichtung angeordnet ist, und der andererseits vom Koppelelement abgeschlossen ist.

Die Montage einer Einrichtung zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils an eben diesem Bauteil gemäß Anspruch 10 ist aufgrund der Verwendung einer Lehre besonders einfach und sicher.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in perspektivischer Darstellung im Schnitt.

Das zu überwachende Bauteil ist in der Zeichnung mit 10 gekennzeichnet. Die Überwachung soll die Verformungen des Bauteils 10 in den durch den Doppelpfeil angegebenen Richtungen erfassen. Die Einrichtung zur Ermittlung der Verformung dieses Bauteils 10 ist als ganzes mit 1 bezeichnet. Die Einrichtung 1 weist eine Meßeinrichtung 2 in Form einer Meßmembran auf, die mit Dehnungsmeßstreifen 3 versehen ist, welche in bekannter Weise bespielsweise zu einer Wheatstone′schen Brücke geschaltet sind zwecks Auswertung der von den Dehnungmeßstreifen gelieferten Meßsignale. Hierzu wird in dem von der Meßmembran abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum 4 eine Meßsignal- Aufbereitungseinheit untergebracht, die mit einem Steckverbinder 5 oder einem kontaktlosen Verbinder verbunden ist zur Weitergabe von Meßsignalen bzw. aufbereiteten Meßwerten.

Die Einrichtung 1 weist einstückig ein erstes, an ihrem Membranende angeformtes Koppelelement 6 und ein zweites, am Steckverbinderende angeformtes Koppelelement 7 auf, wobei zwischen dem Koppelelement 6 und der Meßmembran ein biegeweicher Stab ausgebildet ist, der dazu dient, im wesentlichen nur die aus der Verformung des Bauteils 10 in den durch den Doppelpfeil markierten Verformungsrichtungen herrührenden Wegänderungen auf die Meßmembran zu übertragen und Einflüsse aufgrund von Verformungen in anderen Richtungen möglichst vollständig von der Meßmembran fernzuhalten.

Die Koppelelemente 6, 7 der Einrichtung 1 sind an ihren dem Bauteil 10 zugeordneten Flächen mit einer Struktur versehen, die quer zu der durch den Doppelpfeil angedeuteten Verformungsrichtung verlaufende Riefen aufweist. Die Riefen können z. B. mechanisch durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Grobschleifen oder durch plastische Verformung, beispielsweise durch Prägen erzeugt werden.

Die Koppelelemente 6, 7 weisen Durchgangslöcher für Schrauben 20, 21, 21′ auf, denen Gewindelöcher im Bauteil 10 zugeordnet sind.

Den Koppelelementen 6, 7 sind Bereiche 11, 12 des Bauteils 10 zugeordnet, die mit einer Oberflächenstruktur versehen sind, die komplementär zur Oberflächenstruktur der Koppelelemente 6, 7 ist und die in analoger Weise erzeugt werden kann. Hierdurch wird erreicht, daß bei aneinander anliegenden Oberflächen der Koppelelemente 6, 7 bzw. der Bereiche 11, 12 die Koppelelemente 6, 7 und die zugeordneten Bereiche 11, 12 und damit auch Bauteil 10 und Einrichtung 1 formschlüssig über eine Mikroverzahnung in Verformungsrichtung des Bauteils 10 gegeneinander verriegelt sind. Durch geeignete Wahl der Oberflächenstruktur zumindest eines der Koppelelemente 6 oder 7 und des zugehörigen Bauteil-Bereichs 11 oder 12 läßt sich auch eine zusätzliche Verriegelung quer zur Verformungsrichtung erreichen.

Mit Hilfe der Schrauben 20, 21 und 21′ werden die Einrichtung 1 und das Bauteil 10 in verriegeltem Zustand gesichert.

Insbesondere bei Bauteilen, die nicht mit Gewindelöchern für die Schrauben 20, 21, 21′ versehen werden können, z. B. bei TÜV-abgenommenen Tragwerken, können die Bauteil-Bereiche 11, 12 durch Koppelelemente 13, 14 gebildet werden, die am Bauteil 10 z. B. durch Schweißen befestigt sind. Die Koppelelemente 13, 14 weisen dann die Gewindelöcher für die Sicherungsschrauben 20, 21, 21′ auf.

Die Koppelelemente 13, 14 können auf einfache Weise mittels einer Lehre 15, die in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist, am Bauteil 10 positioniert und in dieser Lage verschweißt werden. Die Lehre 15 ist mit den Koppelelementen 13, 14 durch in die Gewindelöcher eingreifende Schrauben verbindbar. Die gegenseitige Lage vom Koppelelement 13, 14 und Lehre 15 ist im dargestellten Beispiel über Anschlagflächen 16, 17 leicht und genau eingestellt. Nach dem Verschweißen werden die Schrauben gelöst, die Lehre 15 entfernt, die Einrichtung 1 zur Anlage gebracht und die Einrichtung 1 am Bauteil 10 in verriegelter Lage aneinanderliegend durch die Schrauben 22, 21, 21′ gesichert.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils (10), insbesondere eines Trägers, einer Stütze oder dergleichen, mit einem ersten, dem Bauteil (10) zuordenbaren Koppelelement (6), einem zweiten, dem Bauteil (10) zuordenbaren Koppelelement (7) und einer zwischen den Koppelelementen (6, 7) angeordneten Meßeinrichtung (2), deren Verformung mittels Meßelementen erfaßt und zur Anzeige der Verformung des Bauteils (10) herangezogen wird, wobei zumindest zwischen einem der Koppelelemente und der Meßeinrichtung (2) ein biegeweiches Übertragungselement (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (6, 7) und die den Koppelelementen (6, 7) zugeordneten Bauteilbereiche (11, 12) Oberflächenstrukturen aufweisen, mit denen Koppelelement (6, 7) und Bauteil (10) formschlüssig gegeneinander verriegelbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur quer zur Verformungsrichtung verlaufende Riefen aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (8, 7) und die zugeordneten Bauteilbereiche (11, 12) in verriegeltem Zustand gesichert aneinanderliegen.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilbereiche (11, 12) durch mit dem Bauteil unlösbar verbindbare Koppelelemente (13, 14) gebildet werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Bauteil (10) unlösbar verbindbaren Koppelelemente (13, 14) am Bauteil (10) angeschweißt, angelötet oder angeklebt sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das biegeweiche Übertragungselement (8) ein Biegestab ist, der mit der Mitte der als Meßmembran ausgebildeten Meßeinrichtung (2) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmembran die eine Stirnseite eines zylindrischen Hohlraums (4) abschließt, in dem eine Meßsignal- Aufbereitungseinrichtung angeordnet ist und der andererseits vom Koppelelement (7) abgeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignalaufbereitungseinrichtung mit einem im Koppelelement (7) angeordneten Steckverbinder (5) oder kontaktlosen Verbinder verbunden ist.

9. Verfahren zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils (10), insbesondere eines Trägers, einer Stütze oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß Koppelelemente (6, 7) einer Einrichtung (1) zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils (10) und die den Koppelelementen (6, 7) zugeordneten Bereiche (11, 12) des Bauteils (10) mit einer eine formschlüssige Verriegelung ermöglichenden Oberflächenstruktur versehen werden, die Koppelelemente (8, 7) der Einrichtung (1) und die Bereiche (11, 12) des Bauteils (10) in Anlage gebracht werden und der die Verriegelung gewährleistende Anlagezustand gesichert wird.

10. Verfahren zur Montage einer Einrichtung (1) zur Ermittlung der Verformung eines Bauteils (10), insbesondere eines Trägers, einer Stütze oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß am Bauteil (10) zwei durch eine Lehre (15) auf Abstand gehaltene Koppelelemente (13, 14) unlösbar befestigt werden, die Lehre (15) entfernt wird, die Koppelelemente (13, 14) am Bauteil (10) gegen Koppelelemente (6, 7) der Einrichtung (1) zur Anlage gebracht und verriegelt werden und der verriegelte Zustand der Kopplungsstellen gesichert wird.