DE4303049C2 - Dehnungsmeßaufnehmer und Verfahren zu seiner Anbringung auf ein zylindrisches Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anbringen eines derartigen Dehnungsmeßaufnehmers auf ein zylindrisches Bauteil.

Ein aus der DE-34 03 042 A1 bekannter Dehnungsmeßaufnehmer der genannten Gattung kann auf das Meßobjekt aufgeklebt werden, wie es beispielsweise aus der EP 0 451 636 A1 bekannt ist. Es können aber Schwierigkeiten auftreten, wenn der Dehnungsmeßaufnehmer an einem zylindrischen Bauteil wie Spindeln, Betätigungsstäben von Absperrorganen usw. befestigt werden soll, wie es an sich aus der WO 85/02011 A1 bekannt ist. Aus der DE-AS 12 33 171 ist es bekannt, den Dehnungsmeßaufnehmer auf ein Meßobjekt mit gewölbter Oberfläche mit Hilfe einer Vorrichtung aufzukleben, die zwei zusammenhängende gebogene und leicht biegbare Platten hat, die einen annähernd bikonvexen Raum einschließen, wovon die eine Platte auf ihrer Außenseite den Dehnungsmeßstreifen aufnimmt, der durch Niederdrücken dieser Platte auf das mit Klebstoff bestrichene Meßobjekt übertragbar ist.

Aus "Elektronik", 1959, Nr. 1, Seiten 5-13 ist es ferner bekannt, mit einem Dehnungsmeßaufnehmer gleichzeitig Torsionsbeanspruchung und Schub- oder Dehnungsbeanspruchung zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schnelle Installation von Dehnungsmeßaufnehmern an zylindrischen Bauteilen am Einsatzort zu ermöglichen, nachdem oder während das Bauteil bereits für den Einsatz installiert ist.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Dehnungsmeßaufnehmer bzw. durch das im Anspruch 6 angegebene Verfahren gelöst.

Die Erfindung ermöglicht ein besonders schnelles und einfaches Anbringen des Meßaufnehmers beispielsweise an einer Ventilspindel auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Dehnungsmeßaufnehmers, wobei die vorhandene Schaltungsanordnung in durchgezogenen Linien gezeichnet ist, obwohl sie von einer dünnen Kunststoffschicht überdeckt ist;

Fig. 2 zeigt in einer schematischen vergrößerten und nicht maßstabsgetreuen Darstellung einen Schnitt gemäß 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt im Aufriß das Aufklemmen des in Fig. 1 dargestellten Dehnungsmeßaufnehmers auf eine Ventilspindel;

Fig. 4 zeigt den Dehnungsmeßaufnehmer in seiner Position auf der Ventilspindel;

Fig. 5 ist ein Schaltbild des die Torsionsbeanspruchungs- Meßbrücke bildenden Teils des Dehnungsmeßaufnehmers;

Fig. 6 ist ein Schaltbild des die Schubbeanspruchungs- Meßbrücke bildenden Teils des Dehnungsmeßaufnehmers.

Die Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines Dehnungsmeßaufnehmers, der insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Ein Trägerblech 12 aus rostfreiem Stahl von etwa 0,075 mm Dicke trägt einen Kupon 14 und zwei Spannstücke 16.

Die Spannstücke 16 (aus Kohlenstoffstahl) sind durch Punkt­ schweißung auf dem Trägerblech 12 befestigte Blöcke.

Der Kupon enthält eine untere biegsame Schicht 20 aus Polyimid, eine durch Ätztechnik aus Konstantan gebildete Dehnungsmeß­ streifenanordnung 22 und eine biegsame obere Deckschicht 24 aus Polyimid, wobei die Dehnungsmeßstreifenanordnung 22 nach Sandwich-Art zwischen den beiden Polyimidschichten angeordnet ist. Jede Polyimidschicht ist etwa 25 µm dick. Das Konstantan hat eine Dicke von etwa 5 µm.

Bei der Herstellung wird eine Schicht aus Konstantan mit der angegebenen Dicke auf die untere Schicht 20 fest aufgebracht. Aus der Konstantan-Schicht werden dann durch Ätzung die Leiterbahnen und die leitenden Anschlußflecken sowie einzelne Dehnungsmeß­ einrichtungen herausgebildet. Anschließend wird die obere Polyimidschicht 24 darübergelegt.

Der von Polyimid umschlossene Kupon 14 wird mittels einer ausgehärteten Schicht eines Epoxyklebstoffs an dem Trägerblech 12 befestigt.

Die Konstantanschaltung enthält gemäß der Darstellung in Fig. 1 einen Dehnungsmeßstreifen 30 für eine Torsionsbeanspruchungs- Meßbrücke, bei dem die im Konstantan geätzten Widerstands-"Drähte" in einer Richtung laufen, die in Fig. 1 im Winkel von 45° nach rechts oben geht. Daran angeschlossen über eine Verbindungsleitung 32 ist ein Torsionskraft- Dehnungsmeßstreifen 34, dessen Widerstandsdrähte in einem Winkel von 45° nach links oben in Fig. 1 geätzt sind. Die Verbindungsleitung 32 ist außerdem mit einer Verbindungsleitung 35 verbunden, die zu einem Anschlußflecken 36 führt. Ein dritter Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 38 hat Widerstandsdrähte, die wie im Dehnungsmeßstreifen 30 in einem Winkel von 45° nach rechts oben in Fig. 1 gerichtet sind. Ferner ist ein vierter Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 40 vorgesehen, dessen Widerstandselemente die gleiche Orientierung wie im Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 34 haben. Die Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 38 und 40 sind durch eine Leitung 42 verbunden, die außerdem mit einer Leitung 44 und mit einem Anschlußflecken 46 verbunden ist. Der Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 34 ist über eine Leitung 48 mit einem Anschlußflecken 52 verbunden, und der Torsionskraft-Dehnungsmeßstreifen 38 ist über eine Leitung 50 mit einem Anschlußflecken 56 verbunden.

Die vorstehend beschriebene Schaltung ist die Schaltungsanordnung für die Messung der Torsionsbeanspruchung und ist allgemein mit 58 bezeichnet.

Eine ähnliche Schaltungsanordnung, die insgesamt mit 60 bezeichnet ist, bildet die Meßschaltung für die Schubbeanspruchung, um Zug- oder Druckkräfte zu messen. Die Schaltung 60 enthält Dehnungsmeßstreifen 62, 64, 66 und 68, in denen die Widerstandsdrähte in vertikaler oder horizontaler Richtung der Fig. 1 verlaufen, und zwar vertikal beim erstgenannten Dehnungsmeßstreifen horizontal beim zweiten Dehnungsmeßstreifen, vertikal beim dritten Dehnungsmeßstreifen und horizontal beim vierten Dehnungsmeßstreifen.

Die elektrischen Schaltbilder der beschriebenen Schaltungen sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.

Die Fig. 5 zeigt die Dehnungsmeßbrücke für die Messung der Torsionsbeanspruchung. Die Erregung erfolgt über die Leitungen 35 (negativ) und 44 (positiv); das Signal erscheint auf den Leitungen 48, 50 (positiv) und 76 (negativ). Anschlußdrähte zu einem außenliegenden Verbinder (nicht dargestellt) sind an den Anschlußflecken (z. B. am Anschlußflecken 36) angelötet, die elektrisch mit den Dehnungsmeßstreifen verbunden sind. Geteilte Anschluß­ flecken (z. B. 52, 56) lassen die Option, entweder den Spalt zwischen diesen Flecken kurzzuschließen oder einen Widerstand dazwischenzuschalten, um die Schaltungsanordnung in einer allgemein bekannten Weise zu justieren.

Die Fig. 6 zeigt die Meßeinrichtung für Schubbeanspruchungen.

Die Fig. 3 veranschaulicht das Verfahren zum Befestigen des Dehnungsmeßaufnehmers an einer Ventilspindel 70. Die in Kontakt mit dem Trägerblech 12 zu bringende Oberfläche der Spindel wird gereinigt und abgeschliffen, und die Oberfläche der Blechunterlage wird ebenfalls gereinigt und abgerieben, um eine bessere Klebverbindung zu erzielen. Dann wird zwischen die beiden besagten Oberflächen ein Epoxyklebstoff gebracht, und der Dehnungsmeßaufnehmer 10 wird dann mit Hilfe des Spannwerkzeuges 72 um die Ventilspindel 70 gespannt. Während das Spannwerkzeug 72 den Dehnungsmeßaufnehmer 10 um die Ventilspindel 70 klemmt, wird der Klebstoff ausgehärtet, unter Zufuhr einer für diesen Zweck geeigneten Wärme.

Gewünschtenfalls können die Spannstücke 16 anschließend mittels eines Meißels oder sonstwie entfernt werden.

Die Verwendung des beschriebenen Dehnungsmeßaufnehmers erlaubt eine sehr schnelle Installation am Einsatzort, was manchmal besonders zweckmäßig ist, etwa beim Vorhandensein von Strahlung.

Claims (6)

1. Dehnungsmeßaufnehmer mit

• - einem dünnen flexiblen Trägerblech zur klebfesten Verbindung mit einem Bauteil,
• - einer auf dem Trägerblech angeordneten Schicht aus Kunststoff,
• - einer auf der Schicht aufgebrachten Dehnungsmeßstreifenanordnung mit Anschlüssen und mit
• - einer flexiblen Deckschicht aus Kunststoff, wobei die Schicht aus Kunststoff, die Dehnungsmeßstreifenanordnung und die flexible Deckschicht aus Kunststoff einen Kupon bilden
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - zur klebfesten Verbindung mit einem zylindrischen Bauteil auf dem flexiblen Trägerblech (12) ein Paar von Spannstücken (16) zum Angreifen durch ein Spannwerkzeug und zum Herumziehen des Trägerbleches (12) um das zylindrische Bauteil angeordnet ist.

2. Dehnungsmeßaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupon (14) eine Dehnungsmeßbrücken­ schaltung (58) zur Messung der Torsionsbeanspruchung und eine Dehnungsmeßbrückenschaltung (60) zur Messung der Schubbeanspruchung enthält.

3. Dehnungsmeßaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dehnungsmeßbrückenschaltungen (58, 60) ein Teil einer geätzten Schicht ist.

4. Dehnungsmeßaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dehnungsmeßbrückenschaltungen bildende Schicht aus Konstantan besteht.

5. Dehnungsmeßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstücke (16) an das Träger­ blech (12) angeschweißte Blöcke sind.

6. Verfahren zum Anbringen eines Dehnungsmeßaufnehmers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf ein zylindrisches Bauteil, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das zylindrische Bauteil und/oder auf das Trägerblech eine Kleberschicht aufgebracht wird,
daß mit einem Spannwerkzeug das Trägerblech um den Umfang des zylindrischen Bauteils herumgezogen wird,
und daß der zwischen zylindrischem Bauteil und Trägerblech befindliche Kleber wirksam gemacht wird.