DE4330115A1 - Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen von weg- und/oder kraftproportionalen Größen, insbesondere Län­ genänderungen, Dehnungen, Spannungen, Kräften und/oder Momen­ ten, an einem Bauteil.

Es ist bisher üblich gewesen, zum Bestimmen von Dehnungen ei­ nes Bauteiles als solche bekannte Dehnungsmeßstreifen direkt am Bauteil anzubringen. Solche Dehnungsmeßstreifen können für einen Dauerbetrieb am Bauteil fest angeordnet, zum Beispiel angeklebt oder angeschweißt sein.

Aus der DE 39 36 525 A1 ist eine Einrichtung bekannt, mit der Dehnungsmeßstreifen an einem Bauteil schnell montiert und auch wieder entfernt werden können. Die Dehnungsmeßstreifen sind dazu auf einem inelastischen Band angeordnet, das wie ein Gürtel um das Bauteil herumgelegt und dort befestigt wer­ den kann.

Es ist außerdem bekannt gewesen, aus den gemessenen Dehnungen Kräfte und Drehmomente zu bestimmen, die auf das Bauteil ein­ wirken.

Während eine ständige, feste Anordnung der Dehnungsmeßstrei­ fen bei einer nur zeitweise notwendigen Messung aufwendig ist, gewährleisten die auf einem Gürtel angebrachten Deh­ nungsmeßstreifen nicht immer eine zuverlässige Zuordnung zur Meßstelle. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Gürtel ver­ rutscht.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Bestimmen von weg und/oder kraftproportionalen Größen anzuge­ ben, die einerseits am Bauteil leicht anzubringen und auch wieder zu entfernen ist und die andererseits eine zuverläs­ sige, genaue Positionierung am Bauteil sicherstellt. Insbe­ sondere soll eine Beschädigung des Bauteiles durch das An­ bringen der Einrichtung vermieden werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Zange gelöst, die zwei am Bauteil anklemmbare Gabeln aufweist, wobei jede Gabel einen oder mindestens zwei Schenkel aufweist, und durch mindestens einen Meßaufnehmer für Längenänderungen oder Deh­ nungen, der an einer der beiden Gabeln angeordnet und mit ei­ ner Auswerteeinheit verbunden ist.

Die genannten Gabeln können entweder einen oder zwei Schenkel aufweisen. Dabei ist eine Gabel mit zwei Schenkeln ähnlich wie eine Stimmgabel geformt. Eine Gabel mit nur einem Schen­ kel hat in der Regel die Form eines geraden Stabes.

Die genannte Zange kann vorteilhafterweise leicht und genau am Bauteil plaziert werden. Dazu wird das Bauteil zwischen den Gabeln der Zange eingeklemmt. Längenänderungen oder Deh­ nungen des Bauteiles werden dann auf die Schenkel der Gabeln übertragen und werden dort durch den mindestens einen Meßauf­ nehmer gemessen. Die weg- und/oder kraftproportionalen Größen, die bestimmt werden sollen, werden dann aus den ge­ messenen Längenänderungen oder Dehnungen in der Auswerteein­ heit bestimmt.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung können vorteilhafter­ weise ein oder mehrere Meßaufnehmer schnell und zuverlässig an einem Bauteil angebracht und auch wieder vom Bauteil ent­ fernt werden, ohne daß das Bauteil beschädigt werden kann. Darüber hinaus ist eine genaue Positionierung von Meßaufneh­ mern stets gewährleistet.

Beispielsweise weist mindestens eine der beiden Gabeln zwei Schenkel auf. An einer solchen Gabel mit zwei Schenkeln ist dabei mindestens ein Meßaufnehmer angeordnet.

Falls beide Gabeln jeweils zwei Schenkel aufweisen, kann min­ destens ein Meßaufnehmer an einer der beiden Gabeln angeord­ net sein. Es können jedoch auch an beiden Gabeln jeweils ein Meßaufnehmer angeordnet sein.

Ein solcher Meßaufnehmer kann an einer Gabel mit zwei Schen­ keln die beiden Schenkel miteinander verbindend angeordnet sein, wobei der Meßaufnehmer die Relativbewegung zwischen den beiden Schenkeln der Gabel mißt. Damit wird der Vorteil er­ zielt, daß Längenänderungen oder Dehnungen des Bauteiles zwi­ schen den Anlagepunkten der beiden Schenkel schnell und zu­ verlässig bestimmt werden können.

Den gleichen Vorteil erzielt man dadurch, daß beispielsweise an mindestens einer Gabel mit zwei Schenkeln mindestens ein Paar aus zwei Meßaufnehmern auf getrennten Schenkeln einander gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Paar aus zwei Meß­ aufnehmern die Dehnung an den Schenkeln mißt. Diese Dehnung ist direkt proportional zur Relativbewegung zwischen den bei­ den Schenkeln der Gabel.

Nach einem anderen Beispiel ist an jeder Gabel mindestens ein Meßaufnehmer angeordnet. Damit wird der Vorteil erzielt, daß unterschiedliche Längenänderungen oder Dehnungen des Bautei­ les in einander gegenüberliegenden Bereichen, die durch eine Biegung verursacht sein können, schnell und zuverlässig er­ faßbar sind.

Beispielsweise kann an einander gegenüberliegenden Schenkeln verschiedener Gabeln jeweils mindestens ein Meßaufnehmer an­ geordnet sein.

Sehr genaue und zuverlässige Meßwerte erhält man dann, wenn beide Gabeln jeweils zwei Schenkel aufweisen und an beiden Gabeln Meßaufnehmer angeordnet sind. Dabei können entweder Meßaufnehmer zwischen den Schenkeln jeder Gabel angeordnet sein, oder an jeder Gabel können Meßaufnehmerpaare an ihren Schenkeln einander gegenüberliegend angeordnet sein.

Die Meßaufnehmer, die an einem Schenkel angeordnet sind, kön­ nen Dehnungsmeßstreifen sein. Das gilt insbesondere auch für die paarweise auf den Schenkeln einer Gabel einander gegen­ überliegend angeordneten Meßaufnehmer. Diese können ein Paar aus zwei Dehnungsmeßstreifen sein. Ausführungen mit Dehnungs­ meßstreifen sind relativ kostengünstig.

Die Meßaufnehmer, die zwischen den Schenkeln einer Gabel an­ geordnet sind, können kapazitive und/oder induktive Meßauf­ nehmer sein. Mit solchen Meßaufnehmern kann zuverlässig und genau eine Längenänderung oder Dehnung zwischen den beiden Schenkeln bestimmt werden. Vor allem mit kapazitiven Meßauf­ nehmern können langzeitgenaue (über einen langen Zeitraum ge­ naue) Messungen auch bei hohen Temperaturen durchgeführt wer­ den.

Beispielsweise weisen die Schenkel Taststellen auf, in deren Bereich die Schenkel am Bauteil anklemmbar sind. Dadurch sind ein zuverlässiges Anklemmen der Einrichtung am Bauteil und damit eine genaue Meßaufnehmerpositionierung gewährleistet.

Die Zange umfaßt beispielsweise eine ständig wirkende Schließvorrichtung, wodurch gewährleistet ist, daß die Zange am Bauteil zuverlässig und fest ohne zusätzliche Mittel ge­ halten werden kann.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil er­ zielt, daß der oder die Meßaufnehmer nicht direkt mit dem Bauteil in Kontakt gebracht zu werden brauchen. Die Meßauf­ nehmer befinden sich an den Schenkeln der Zange und nicht am Bauteil. Längenänderungen oder Dehnungen des Bauteils werden gut auf die Schenkel der Zange übertragen, wo die Messung er­ folgt. Mit einer solchen indirekten Messung wird der Vorteil erzielt, daß man zuverlässige und genaue Meßergebnisse erhält und trotzdem ein schnelles Anbringen und Lösen der Einrich­ tung möglich ist. Es sind zuverlässige Messungen kurzfristig durchführbar. Darüber hinaus kann es nicht zu Beschädigungen des Bauteiles durch das Anbringen und Ablösen von Meßaufneh­ mern kommen. Die Zange kann beliebig oft verwendet werden, auch für Dehnungsmessungen am Bauteil im plastischen Bereich.

Die Einrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht mit kapazitivem Meßaufnehmer.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht mit induktivem Meßaufnehmer.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht mit einem Dehnungsmeßstreifen­ paar.

Fig. 5 zeigt die elektrische Schaltung von Dehnungsmeßstrei­ fen.

Fig. 6 zeigt die elektrische Schaltung von induktiven Meß­ aufnehmern.

Fig. 7 zeigt die elektrische Schaltung von kapazitiven Meß­ aufnehmern.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Einrichtung zum Be­ stimmen von weg- und/oder kraftproportionalen Größen in einem Bauteil 1. Die Einrichtung ist nach der Art einer Zange 2 aufgebaut. Die Zange 2 weist eine obere Gabel 3 und eine un­ tere Gabel 4 auf. Die Zange 2 hat ein Drehgelenk 5 und eine ständig wirkende Schließvorrichtung in der Form einer Druck- Feder 6. Diese befindet sich zwischen zwei Handgriffen 7 und 8, die an die Gabeln 3 und 4 im Bereich des Drehgelenkes 5 angeformt sind. Die Gabeln 3 und 4 weisen Taststellen 9 und 10, insbesondere Tastspitzen, auf, zwischen denen das Bauteil 1 gehalten werden kann. An jeder Gabel 3, 4 können Meßaufneh­ mer 12 und 13 angeordnet sein. Dabei können Meßaufnehmer 12, 13 nur an einer der beiden Gabeln 3, 4 oder an beiden Gabeln 3, 4 vorhanden sein. Insbesondere können die Meßaufnehmer 12 und 13 an den Gabeln 3 und 4 einander gegenüberliegend ange­ ordnet sein. Die Meßaufnehmer 12, 13 sind vorzugsweise von den Taststellen 9, 10 entfernt angeordnet. Längenänderungen oder Dehnungen des Bauteiles 1 werden dabei über die Tast­ stellen 9, 10 auf die Gabeln 3, 4 übertragen und von den Meß­ aufnehmern 12, 13 gemessen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer Zange 2 nach Fig. 1. Da­ bei weisen die Gabeln 3, 4 jeweils zwei Schenkel 14, 15 auf. Es kann jedoch auch nur eine der beiden Gabeln 3 zwei Schen­ kel 14, 15 aufweisen, während die andere Gabel 4 nur einen Schenkel hat. In der Fig. 2 ist nur die obere Gabel 3 zu se­ hen. Zwischen den Schenkeln 14, 15 der Gabel 3 ist ein kapa­ zitiver Meßaufnehmer 16 angeordnet, der Längenänderungen oder Dehnungen am Bauteil 1 zwischen den im Abstand x angeordneten Taststellen 9a und 9b mißt.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Zange wie Fig. 2. Sie unter­ scheidet sich nur dadurch, daß anstelle eines kapazitiven Meßaufnehmers 16 ein induktiver Meßaufnehmer 17 zwischen den Schenkeln 14 und 15 der Gabel 3 angeordnet ist.

Die Zange 2 nach Fig. 4 unterscheidet sich von den beiden zuvor gezeigten Zangen 2 dadurch, daß an den Schenkeln 14 und 15 der Gabel 3 jeweils mindestens ein Dehnungsmeßstreifen 18, 19 angeordnet ist. Diese Dehnungsmeßstreifen 18, 19 sind ein­ ander gegenüberliegend angeordnet und bilden zum Messen von Längenänderungen und Dehnungen ein Paar.

Falls auch die zweite oder untere Gabel 4 zwei Schenkel auf­ weist, können auch dort in gleicher Weise, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, ein kapazitiver Meßaufnehmer 16, ein induk­ tiver Meßaufnehmer 17 oder ein Paar aus Dehnungsmeßstreifen 18, 19 angeordnet sein.

Falls beide Gabeln 3 und 4 jeweils zwei Schenkel aufweisen, können an der Zange 2 zwei kapazitive Meßaufnehmer 16 oder zwei induktive Meßaufnehmer 17 jeweils die Schenkel 14, 15 einer Gabel 3, 4 miteinander verbindend an den beiden Gabeln 3 und 4 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Entspre­ chend können auch zwei Paare aus Dehnungsmeßstreifen 18, 19 an den beiden Gabeln 3 und 4 einander gegenüberliegend ange­ ordnet sein.

Es können auch mehrere Arten von Meßaufnehmern an der glei­ chen Zange 2 vorhanden sein. Insbesondere können an der glei­ chen Gabel 3, 4 mehrere kapazitive und/oder induktive Meßauf­ nehmer 16, 17 und/oder Dehnungsmeßstreifenpaare 18, 19 ange­ ordnet sein. Der Meßaufnehmer 12 in Fig. 1 entspricht, z. B. dem kapazitiven Meßaufnehmer 16 in Fig. 2, dem induktiven Meßaufnehmer 17 in Fig. 3 oder dem Dehnungsmeßstreifenpaar 18, 19 in Fig. 4. Mit der Zahl der Meßaufnehmer 12, 13 kann die Aufnehmerempfindlichkeit erhöht und die Meßgenauigkeit gesteigert werden.

Fig. 5 zeigt die elektrische Schaltung von Dehnungsmeßstrei­ fen 18A, B und 19A, B. Die Dehnungsmeßstreifen 18A, 19A sind der oberen Gabel 3 und die Dehnungsmeßstreifen 18B, 19B sind der unteren Gabel 4 zugeordnet. Die Dehnungsmeßstreifen 18A, 18B, 19A und 19B sind unterschiedlichen Schenkeln 14, 15 zu­ geordnet. Die in der Meßtechnik bekannten Verfahren zur Deh­ nungsmessung hinsichtlich Bestückung und Verschaltung der Dehnungsmeßstreifen können hierbei verwendet werden. Die Deh­ nungsmeßstreifen 18A, 19A; 18B, 19B sind in als solcher be­ kannter Weise über Verstärker 20A; 20B mit einer Auswerteein­ heit 21 verbunden. Diese Auswerteeinheit 21 umfaßt eine Si­ gnalerfassungseinheit 22, eine Signalverarbeitungseinheit 23 und eine Ausgabeeinheit 24, beispielsweise zur Signaldarstel­ lung. Die gemessenen Längenänderungen oder Dehnungen sind ein Maß für Längenänderungen oder Dehnungen des Bauteils 1, die mit den Taststellen 9, 10 abgegriffen werden. In der Auswer­ teeinheit werden daraus z. B. mechanische Spannungen, Kräfte und Momente des Bauteils 1 bestimmt.

Fig. 6 zeigt induktive Meßaufnehmer 17A, B, die wie die Deh­ nungsmeßstreifen 18A, 19A; 18B, 19B der Fig. 5 über Verstär­ ker 20A; 20B mit der Auswerteeinheit 21 verbunden sind.

Fig. 7 zeigt kapazitive Wegaufnehmer 16A, B, die ebenfalls wie die Dehnungsmeßstreifen 18A, 19A; 18B, 19B oder wie die induktiven Meßaufnehmer 17A, B über Verstärker 20A; 20B mit der Auswerteeinheit 21 verbunden sind.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Bestimmen von weg- und/oder kraftproportionalen Größen, insbesondere Längenänderungen, Dehnungen, Spannungen, Kräften und/oder Momenten, an einem Bauteil (1),
gekennzeichnet durch eine Zange (2), die zwei am Bauteil (1) anklemmbare Gabeln (3, 4) aufweist, wobei jede Gabel (3, 4) einen oder mindestens zwei Schenkel (14, 15) aufweist, und durch mindestens einen Meßaufnehmer (12, 13) für Längenänderungen oder Dehnungen, der an einer der beiden Gabeln (3, 4) angeordnet und mit einer Auswerteeinheit (21) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Gabeln (3, 4) zwei Schenkel (14, 15) aufweist und daß an der mindestens einen Gabel (3, 4) mit zwei Schenkeln (14, 15) mindestens ein Meßaufnehmer (12, 13) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der mindestens einen Gabel (3, 4) mit zwei Schenkeln (14, 15) mindestens ein Meßaufnehmer (16, 17) die beiden Schenkel (14, 15) miteinander verbindend angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (14, 15) durch mindestens einen kapazitiven oder induktiven Meßaufnehmer (16, 17) miteinander verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der mindestens einen Gabel (3, 4) mit zwei Schenkeln (14, 15) mindestens ein Paar aus zwei Meßaufnehmern (18, 19) auf getrennten Schenkeln (14, 15) einander gegenüberliegend angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf getrennten Schenkeln (14, 15) mindestens ein Paar aus zwei Dehnungsmeßstreifen (18, 19) einander gegenüberliegend angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Gabel (3, 4) mindestens ein Meßaufnehmer (12, 13) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einander gegenüberliegenden Schenkeln verschiedener Gabeln (3, 4) jeweils mindestens ein Meßaufnehmer (12, 13) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabeln (3, 4) Taststellen (9, 10) aufweisen, in deren Bereich die Gabeln (3, 4) am Bauteil (1) anklemmbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zange (2) eine ständig wirkende Schließvorrichtung umfaßt.