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Meßgerät zum Aufzeichnen von Zustandsänderungen an in Betrieb befindlichen
Gebilden Die Erfindung betrifft ein Meßgerät, mit dessen Hilfe verschiedenartige
Zustandsänderungen, wie Längenänderungen, Erschütterungen, Durchbiegungen, Beschleunigungen
u. dgl., an in Betrieb befindlichen Gebilden aufgezeichnet «-erden können. Der grundsätzliche
Unterschied zwischen derartigen Messungen an Probestäben und an in Betrieb befindlichen
Gebilden besteht dabei in folgendem: Bei Probestäben interessiert man sich dafür,
welche Einflüsse bestimmte Kräfte auf einen bestimmten Probestab ausüben. Die zu
messenden Größen werden dabei also im allgemeinen in Abhängigkeit der einwirkenden
Kräfte bzw. der einwirkenden Spannungen ermittelt. Diese haben dabei also die Bedeutung
der unabhängigen Veränderlichen, von der die zu messenden und gegebenenfalls aufzuzeichnenden
Größen, wie beispielsweise die Längenänderungen, Durchbiegungen usw., abhängen.
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Bei Messungen an in Betrieb befindlichen Gebilden interessieren dagegen
im allgemeinen bestimmte Zustandsänderungen in Abhängigkeit von der Zeit. Es interessiert
also beispielsweise zu wissen, welche Längenänderung im Laufe der Zeit ein Teil
eines Bauwerkes oder eines Konstruktionsteiles erfahren hat, «-elchen Erschütterungen
ein Teil ausgesetzt wur'de und welche Durchbiegungen, Beschleunigungen u. dgl. sich
ergeben haben. Auf die Frage, welche Kräfte diese Einflüsse hervorgebracht haben,
kommt es bei der gewünschten Aufzeichnung zunächst nicht so sehr an, sondern vielmehr
auf die Beobachtung und Aufzeichnung der Zustandsänderungen, vorzugsweise in der
Abhängigkeit von der Zeit als unabhängiger Veränderlicher.
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Man kann daher mit Rücksicht auf die andersartige Aufgabenstellung
Geräte, die für eine Art @on Messungen vorgeschlagen worden sind, für die andere
Art von Messungen nicht ohne weiteres anwenden.
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Besondere Bedeutung besitzt das erfindungsgemäße Aufzeichnungsgerät
bei Betriebsdauermessungen, die sich auf Tage, Monate oder Jahre erstrecken und
die den Verlauf einer oder mehrerer Zustandsänderungen unter normalen Betriebsbedingungen
erkennen lassen müssen.
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Dabei ist es für die einwandfreie Beurteilung eines Bauteiles oder
Bauwerkes nicht allein wichtig, die Beanspruchung kennenzulernen, sondern auch die
Durchbiegungen, Erschütterungen, Beschleunigungen u. dgl., die es zu ertragen hat.
Alle diese Messungen können mit dem erfindungsgemäßen Gerät allein durchgeführt
werden.
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Wenn beim Aufzeichnen von Zustandsänderungen, insbesondere bei Betriebsdauermessungen,
ein Schreib- oder Zeichenstift über eine Unterlage bewegt wird, so wird im allgemeinen
ein Motor, beispielsweise ein Federmotor, verwendet, um zur Aufzeichnung des zeitlichen
Verlaufes der zu messenden Größe auf dem Aufzeichnungsstreifen diesen Aufzeichnungsstreifen
nebst der Aufzeichnungstrommel im Laufe der Zeit gegenüber dem Schreibstift oder
Zeichenstift zu
bewegen. Damit der ganze Vorgang auf demselben Aufzeichnungsstreifen
erscheint und an Schreibmaterial gespart werden kann, soll die Fortbewegung der
Schreibunterlage, möglichst langsam erfolgen, zumal der Betriebsdauerversuch sich
oft auf lange Zeit etstreckt. Außer der Ersparnis an Schreibmaterial ist dabei auch
die Frage der Wartung und Überwachung von entscheidender Bedeutung. Wenn es gelingt,
ein schreibendes Meßgerät herzustellen, bei dem längere Zeit hindurch der Aufzeichnungsstreifen
nicht ausgewechselt und der Federmotor, falls ein solcher vorhanden ist, längere
Zeit nicht aufgezogen zu werden braucht und das trotzdem lange Zeit hindurch stets
betriebsbereit ist und einwandfrei arbeitet, dann könnte man das Meßgerät sich selbst
. überlassen.; es wären dann nur nach langer Zeit eine Überwachung des Aufzeichnungsstreifens,
ein Erneuern des Schreibstiftes und sonstige Überwachungsarbeiten erforderlich.
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Wenn man aber diese Gesichtspunkte einfach in der Weise berücksichtigen
würde, daß man lediglich den Motor sehr langsam ablaufen ließe, so würde die Genauigkeit
der Beobachtungen erheblich beeinträchtigt werden, denn Vorgänge, wie sie bei derartigen
Meßgeräten aufgezeichnet werden sollen, erstrecken sich meistens auf eine äußerst
kurze Zeitdauer, beispielsweise auf Sekunden. Daher muß firn Gegensatz zu der vorstehenden
Forderung während der Dauer derartiger dynamischer Vorgänge der Vorschub der Schreibunterlage
gegenüber dem Schreibstift möglichst groß gewählt werden, damit ein klares Bild
entsteht. Man könnte sich nun in der Weise helfen, daß jemand, der das Gerät überwacht,
die Aufzeichnungsvorrichtung frühzeitig genug einschaltet, sobald ein zu beobachtender
Ausschlag zu erwarten ist, und sie nach Ablauf des Vorganges wieder zum Stehen bringt.
Ein solches Verfahren ist einwandfrei nur anwendbar bei solchen Erscheinungen, deren
Eintreten sich früh genug voraussehen läßt. Wenn der Motor frühzeitig eingeschaltet
wird und hinreichend lange läuft, um sicherzugehen, daß mindestens der wesentliche
Teil der Formänderung aufgezeichnet wird, erfordert ein solches Gerät aber eine
erhebliche Menge Aufzeichnungsmaterial, wenn während des zu beobachtenden Vorganges
der Aufzeichnungsstreifen mit genügender Geschwindigkeit ablaufen soll.
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Dabei ist zu beachten, daß .mit der Aufzeichnungsgeschwindigkeit nicht
nur der Verbrauch an Aufzeichnungsmaterial, sondern auch die Größe des Motors,-und
damit die Abmessungen und das Gewicht des Gerätes wachsen. Bei größerem Gewicht
des 2Meßgerätes wird ein höherer Druck zum Anpressen des Meßgerätes an den Prüfling
nötig. -Dadurch wird wiederum der Bau des .Meßgerätes und der Aufspannvorrichtungen
'ungünstig beeinflußt. Zudem werden dein @iÄfling durch zu starkes Anpressen der
Meßvorrichtung zusätzliche Formänderungen aufgedrückt, die den tatsächlichen Betriebszustand
fälschen.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Erfindungsgemäß dient bei
einem Meßgerät zum Aufzeichnen von Zustandsänderungen, wie Längenänderungen, Erschütterungen,
Durchbiegungen, Beschleunigungen u. dgl., an in Betrieb befindlichen Gebilden die
zufölge der Zustandsänderungen frei werdende Energie als Kraftquelle zum Ingangsetzen
. der Aufzeichnungsvorrichtung.
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Dadurch, daß durch die frei werdende Energie die Aufzeichnungsvorrichtung
selbsttätig in Gang gesetzt wird, spart man also an Überwachungspersonal und vermeidet
zugleich, daß der Aufzeichnungsstreifen zu Zeiten läuft, in denen keine Zustandsänderungen
aufgezeichnet werden; es wird also an Schreibmaterial gespart, was besonders bei
Dauerversuchen von großer Bedeutung ist.
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Dies kann nach dem weiteren Gegenstand der Erfindung in der Weise
geschehen, daß die Schreibunterlage, die während des Aufzeichnungsvorganges zu bewegen
ist, einerseits durch ein Hebelwerk o. dgl. finit dem zu untersuchenden Gebilde
und andererseits mit einem Laufwerk, z. B. einem Uhrwerk oder Federmotor, in Verbindung
steht. Diese Verbindung kann vorteilhaft derart sein, ' daß :durch die Zustandsänderungen
des zu untersuchenden Gebildes die Kraftquelle, die die Schreibunterlage bewegt,
also etwa das Uhrwerk oder der Motor, ein- und ausgeschaltet bzw. mit der Unterlage
gekuppelt und von ihr wieder gelöst wird.
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Es sind Vorrichtungen zum Selbstaufzeichnen von Schaubildern an Prüfmaschinen
bekannt, # die den Verlauf des Prüfvorganges eines Probekörpers darstellen. Bei
diesen G,#-räten wird der Zeichenstift durch die Belastungskräfte bewegt, während
die sich dabei ergebende Stabdehnung die Trommel der Aufzeichnungsvorrichtung dreht.
Bei derartigen bekannten Anordnungen handelt es sich nicht um die Messungen an in
Betrieb befindlichen Gebilden. Dabei dient auch nicht die infolge der Zustandsänderung
frei werdende Energie des Prüflinbs- als Kraftquelle zum Ingängsetzen der Aufzeichnungsvorrichtung.
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Nach einem weiteren Erfindungskennzeichen können Kontakte oder sonstige
Mittel vorgesehen sein, die' selbsttätig beim Erreichen
eines bestimmten,
von vornherein einstellbaren Wertes der zu messenden Größe die Aufzeichnungsvorrichtung
ein- bzw. ausschaltet. Ferner können erfindungsgemäß Vorrichtungen, z. B. ein Zählwerk,
vorgesehen sein, durch die angegeben wird, wie oft ein bestimmter Meßwert erreicht
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen schematisch
dargestellt. Abb. i zeigt die Ansicht des Gerätes, bei der der vordere Teil des
Gehäuses entfernt ist.
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Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II .der Abb. i.
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Abb.3 stellt eine teilweise Ansicht des Meßgerätes und Abb. 4. den
Grundriß dar.
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Abb. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie V-V der Abb.3.
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Abb. 6 zeigt Teile, die das Gerät als Durchbiegungsmesser, und Abb.
7 zeigt Teile, die das Gerät als Beschleunigungsmesser verwendbar machen. Abb.8
zeigt eine besondere Anordnung, falls Teile des Prüflings unzugänglich sind. Das
in Abb. i und 2 dargestellte Gerät besitzt zwei Hebel 2, 3, die durch die Kreuzfedergelenke
.4, 5 auswechselbar im Gehäuse i gelagert sind. Am Hebel 2 ist ein Hebel i8 einstellbar
befestigt, von welchem die Bewegung des Prüflings auf den Hebel 2 übertragen wird.
Der Hebel 3 trägt am Ende den Schreibstift 6 (Abb. 2), der die Bewegung des Prüflings
auf den Streifen oder das Band 7 zeichnet. Das Kreuzfedergelenk 5 ist im Gehäuse
i in einem Schlitten 9 befestigt, der durch Drehen der Schraube 8 verschoben werden
kann, so daß die Schreibspitze 6 auf die gewünschte Stelle des Schreibstreifens
eingestellt werden kann. Durch eine Klemmschraube io (Abb. 2) wird der Schlitten
in seiner Stellung gesichert.
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Als besonders geeignet für das Band 7 erweist sich ein durchsichtiger,
dünner, handelsüblicher Film von 16 mm Breite mit oder ohne Durchlöcherung aus Celluloid,
der auf beiden Seiten gleichzeitig beschrieben werden kann, ohne daß die Sicht von
einer Seite leidet. Der Stift drückt in den verhältnismäßig weichen Celluloidstreifen
eine Furche, deren Einzelheiten photographisch oder optisch beliebig vergrößert
werden können. Die Kontrastwirkung zwischen Schrift und unverletzter Schreibfläche
kann durch geeignete Beleuchtung oder Färbung in beliebigem Ausmaße erhöht werden.
Die beiden das Aufzeichnungsband 7 aufnehmenden Spulen i i und 12 sind auswechselbar
in einem besonderen Gehäuse 13 untergebracht, das mit den Führungswalzen 14, den
Zeitrnarkier-und gegebenenfalls weiteren Markiervbrrich-Lungen (die in den Abbildungen
nicht angegeben sind) auswechselbar ins Gehäuse i eingelegt wird. Eine der beiden
Spulen (in dem Beispiel der Abb. i und 2 ist es die Spule 12) trägt eine Verzahnung
15, in die die Klinke 16 eingreift, die mittels eines Hebelgetriebes 17, 18 durch
die bei einer Zustandsänderung frei werdende Energie bewegt wird.
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Außerdem können die Spulen Vorrichtungen aufweisen, die den Antrieb
durch eine fremde Kraftquelle, beispielsweise einen Federmotor, gestatten. Der Antrieb,
sei er selbsttätig oder durch eine fremde Kraftquelle bedingt, kann aber auch derart
erfolgen, daß vorerst die eine Spule getrieben wird, bis der ganze Filmstreifen
durchgelaufen ist. Hierauf wird der Antrieb selbsttätig auf die andere Spule umgestellt,
so daß der Filmstreifen zurückläuft. Die Rücklaufbewegung kann dabei ebenfalls zum
Aufzeichnen benutzt werden. Will man die beiden Diagramme der Deutlichkeit wegen
auseinanderziehen, so verschiebt man die Schreibvorrichtung im Zeitpunkt des Umschaltens
senkrecht zur Laufrichtung des Streifens, z. B. durch Verschieben des Schlittens
g.
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In Abb. i ist auch angedeutet, in welcher Art beispielsweise das selbsttätige
Ein- und Ausschalten der Schreibvorrichtung beim Überschreiten einer gewissen Größe
der zu messenden Zustandsänderung erreicht werden kann. Im Gehäuse 13 sind zwei
verstellbare elektrische Kontakte 20 zu beiden Seiten des Schreibhebels 3 angebracht.
Jeder dieser Kontakte ist mit einer optischen oder akustischen Anzeigevorrichtung
22 verbunden, die dann in Funktion tritt, wenn der Kontakt 21 am Hebel 3 den Stromkreis
schließt. Im Stromkreis ist zudem ein schematisch angedeutetes Zählwerk 23 oder
ein Schreibwerk eingebaut, welches die Zahl der Unterbrechungen und Einschaltungen
anzeigt bzw. aufzeichnet. Auf diese Weise kann die Häufigkeit eines bestimmten Wertes
der Zustandsänderung festgestellt werden.
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Beim Antrieb mittels Motors, Uhrwerks o. dgl. können diese Triebwerke
durch eine biegsame Welle mit dem Meßgerät verbunden werden. Die Bewegung des Hebels
2 wird dann bei Verwendung eines Motors auf den Anlasser des Motors oder auf eine
Kupplung,übertragen, welche zwischen Motor und Spule 12 eingebaut ist. Schwingt
der Hebel 2 -aus, so wird der Motor ini Gang gesetzt bzw. mit der Spule gekuppelt;
der Streifen wird vorgeschaltet. Der Motor wird nur so lange eingeschaltet, als
die Zustandsänderung im Prüfling anhält.
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Um das Meßgerät als Dehnungsmesser verwenden zu können, befestigt
man am Ge=
häuse i einen Fuß 24. (Abb. 3), der eine Spitze oder
eine Schneide 25 trägt. Am Hebel 2 wird der von der Dehnung beeinflußte Teil 26
ebenfalls in bekannter Weise in Form einer Schneide oder Spitze befestigt. Von wesentlicher
Bedeutung ist, daß diese Schneide mittels eines beweglichen Zwischengliedes 27 eingebaut
wird; dieses Zwischenglied muß so ausgeführt sein, daß sich der Abstand zwischen
Schneide 26 und Befestigungsstelle 28 nicht ändert und daß es die Bewegung dicht
an der Randfaser des Prüflings abgreift. Das Zwischenstück a7 muß daher dicht über
der Randfaser im Fuß vier Spitze 26 einmünden. Der Abstand der beiden Schneiden
25 und 26 ist die Meßlänge l des Dehnungsmessers.
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Im Gehäusekasten sind zur Befestigung des Fußes 24 zwei Bohrungen
29 angebracht. Der Fuß kann ausgewechselt werden, so daß in bekannter Weise die
Meßlänge dem Prüfling und der zu lösenden Aufgabe angepaßt werden kann. Der Fuß
weist zudem noch zwei Stützpunkte 30 und 31 auf, die dem Meßgerät den stabilen
Stand geben. Diese beiden Stützpunkte müssen in Richtung der Meßebene elastisch
sein, damit sie nicht etwa die Verschiebungen des Fußpunktes auf das Meßgerät übertragen.
Der Stützpunkt kann beispielsweise in der Weise ausgebildet werden, daß die Fußplatte
30 mit einem knickfesten, elastischen Stäbchen 3z an einem Führungsbolzen
33 befestigt ist. Der Führungsbolzen 33 gleitet in einer Bohrung des Fußes und kann
mittels Schraube 3.4 nachgestellt werden. Mit Hilfe dieser beiden Stützpunkte wird
der Dehnungsmesser so weit ausgerichtet, bis das Kreuzfedergelenk d. frei von jedem
Zwange schwingt. Hierauf wird der Fuß 26 angepreßt. Der Fuß 26 dient also nicht
als Stützpunkt des Gerätes, sondern nur als Abgreifvorrichtung der zu messenden
Bewegung. Mittels einer Schraubenzwinge o. dgl. wird in bekannter Weise der Fuß
24. und damit das M eßgerät auf den Prüfling gepreßt. Der Anpressungsdruck greift
bei 4.o im Schwerpunkt des Stützpunktdreieckes 30, 31, 25 an (Abb. q.).
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Um das Gerät als Durchbiegungszeichner zu benutzen, wird der Fuß 24
durch eine Anspannvorrichtung mit Kugelgelenk 35 ersetzt, das beispielsweise mittels
Schraubzw_nge 36 an einem zweckmäßig gewählten Standort zu befestigen ist (Abb.6).
An Stelle des Fußes 26 und Zwischenstückes 27 tritt der Taststift 37, der die Bewegung
vom Prüfling dem Hebel 2 übermittelt. Ist der Prüfling für den Taststift 37 nicht
zugänglich, so leitet man die Bewegung mittels eines durch Gewicht gespannten Drahtes
38 in unmittelbare Nähe des Hebelendes 28 (Abb. 8). Die Verbindung von Draht und
Hebelende geschieht mittels eines losen Kupplungsbügels. Dieser Bügel stützt sich
mittels einer Kugel gegen einen konischen Sitz. Mittels einer Schraube wird das
Spiel ausgeglichen.
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Das Übertragen der Durchbiegung mittels Drähte ermöglicht das Messen
an solchen Stellen, die für das Aufstellen des Meßgerätes unzugänglich sind.
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Um das Gerät als Erschütterungsmesser zu verwenden, wird es an Stelle
des Fußes 2.4 oder der Befestigungsvorrichtung 35, 36 in ein Gehäuse 42 von bestimmtem
Gewicht eingebaut, das einen Handgriff .43 (Abb. 7) hat. Das Endstück des Hebels
ist mit dem Taststift 37 versehen. Das Gerät wird von Hand an den schwingenden Prüfling
angelegt. Das Gehäuse 42 vertritt beim Anlegen des Meßgerätes an einen schwingenden
Gegenstand die träge Masse.
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Das ganze Gerät kann ohne weiteres auch an Federn aufgehängt werden,
und zwar so, daß der Taststift den schwingenden Körper berührt. Werden die Federn
so angeordnet, daß deren Zusammendrückung aufgezeichnet wird, so dient das Gerät
als Beschleunigungszeichner. Werden die Stützschraubenfedern entfernt und wird das
Gerät von Hand durch Halten am Handgriff .43 an einen schwingenden Gegenstand angelegt,
so arbeitet das Gerät als Erschütterungsmesser. Eine diesbezügliche Zeichnung erübrigt
sich im Hinblick auf Abb. 7.