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Vorrichtung zum Messen von Biegekräften Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Messen von Biegekräften und kann überall da angewendet werden, wo
zwei Teile kraftleitend durch Gabel, Auge und Bolzen miteinander verbunden sind;
Die Vorrichtung kann aber auch als selbständiges Meßgerät aufgefaßt werden. Erfindungsgemäß
wird an Stelle des zu beobachtenden Bolzens ein Meßbolzen verwendet, welcher parallel
zu seiner Längsrichtung in zwei oder mehrere Teile geteilt ist. Die gegenseitige
Verschiebung der Teile wird in an sich bekannter Weise durch eines oder mehrere
Längenmeßgeräte gemessen. Die Teilung kann so sein, daß der Bolzen durch eine durch
seine Achse verlaufende Teilfuge in zwei gleiche Hälften geteilt ist; sie kann aber
auch so sein, daß die Teilfuge zwar parallel zur Längsachse, aber möglichst weit
von dieser entfernt liegt und daher nur einen schmalen Streifen des Bolzens von
dem übrigen abtrennt. Diese letztgenannte Ausführungsform kann so sein, daß der
schmale Streifen die Gestalt eines dünnen Stabes, Seiles oder Drahtes hat, welcher
in einer Längsvertiefung der Mantelfläche oder in einer Längsbohrung des Bolzens
ruht. Der Einbau des Meßbolzens muß so sein, daß die Kraft senkrecht zu den Trennflächen
wirkt.
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Es ist bekannt, daß bei einem Bolzen, welcher gebogen wird, die neutrale
Zone in ihrer Länge unverändert bleibt, die konkave Mantellinies verkürzt und die
konvexe Mantellinie b verlängert wird (Abb. I). Macht man den Bolzen durch Teilfugen
parallel zur Achse und senkrecht zur Kraftrichtung mehrteilig, so entsteht bei der
Durchbiegung nicht die in Abb. 1 punktiert eingezeichnete Gestalt, weil jeder Bolzenteil
sich für sich durchbiegt. Bei jedem Bolzenteil bleibt, wenn die Bolzenteile aufeinandergleiten
kennen, die neutrale Zone in ihrer Länge unverändert, die konkave Längsbegrenzung
wird verkürzt, und die konvexe Längsbegnenzung wird verlängert.
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Ist der Bolzen in der Ebene seiner Längsachse geteilt (Abb. 2 und
3), so daß zwei gleich starke Bolzenteile vorhanden sind, so entsteht die punktiert
eingezeichnete Form.
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Die beiderseitigen Stirnflächenpaare verschieben sich untereinander.
Es tritt eine scheinbare Längenverschiedenheit beider Bolzenteile auf.
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Legt man die Teilfuge nicht durch die Längsachse des Bolzens, sondern
parallel zu dieser möglichst nahe an die Mantellinie, so wird die scheinbare Längenverschiedenheit
zu einer tatsächlichen. Wie aus Abb. 4 und 5 ersichtlich ist, ist der Unterschied
der Entfernungen der äußersten auf Zug bzw. Druck beanspruchten Schichten von der
neutralen Zone zwischen den beiden Bolzenteilen sehr groß. Daher erleidet die konvexe
Begrenzung des oberen, starken Bolzenteils eine wesentlich größere Verlängerung,
als die Verkürzung der konkaven Begrenzung des unteren schwachen Bolzenteils beträgt.
An der Kraftübertragung ist letzterer praktisch nicht mehr beteiligt. Man kann ihn
daher durch einen Stab, einen Draht oder ein Seil ersetzen, welches in einer Bohrung
oder einer Längsvertiefung der Oberfläche des Bolzens liegt.
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Es ist bereits bekannt, zur Ermittlung der Dehnung von belasteten
Tragseilen, insbesondere Brückenseilen für Hängebrücken, im Innern des hohlen Seiles
einen unbelasteten Meßdraht anzubringen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispieie dargestellt.
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Abb. 6 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher der Meßbolzen in einer
durch seine Achse gehenden Ebene in zwei Halbzylinder geteilt ist. An der zu prüfenden
Stelle sind zwei Bauteile I und 2 durch Auge und Bolzen miteinander verbunden. Der
Meßbolzen besteht aus einem Teil 3 und einem Teil 4. Ein Querschnitt des Bolzens
ist in vergrößertem Maßstabe in Abb. 7 dargestellt. Der Meßbolzen ist in den Buchsen
5 6 und 7 gelagert.
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Die Kraftrichtung ist mit P bezeichnet. An dem Bolzenteil 3 sind in
beliebiger, an sich bekannter Weise die Meßuhren 8 und 9 festgeklemmt, welche mit
ihren Taststiften 10 und 1 1 gegen die Stirnflächen -des Bolzenteils 4 drücken.
Wird der Meßbolzen durch die Kraft P beansprucht, d. h. wird er ihm Vergleich mit
der Zeichnung nach unten durchgebogen, so tritt eine scheinbare Verkürzung des Bolzenteils
3 gegenüber dem Bolzenteil 4 ein (vgl. Abb. 2). Die Bolzenteile gleiten in der Teilfuge
aufeinander. Das Maß der gegenseitigen Verschiebung beider Bolzenteile gegeneinanaer
wird durch die Uhren 8 und 9 angezeigt.
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Abb. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher in dem ungeteilten
Meßbolzen 12 exzentrisch ein wesentlich dünnerer Maßstab 13 befestigt ist. Letzterer
ist bei 14 mittels Gewinde an dem Bolzen 12 befestigt.
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Abb. 9 zeigt einen Querschnitt des Meßbolzens in größerem Maßstabe.
Dadurch, daß der Maßstab 13 bei 14 mit dem Meßbiolzen 12 verbunden ist, ist es möglich,
die scheinbare gegenseitige Längenveränderung nur an einem Bolzenende zu messen.
Zu diesem Zweck ist an dem Bolzen 12 mit Hilfe eines Klemmstückes I5 eine Meßuhr
16 befestigt, welche mit ihrem Taststift 17 gegen das freie Ende des Meßstabes I3
drückt. Beansprucht eine Kraft die Anordnung in Richtung des Pfeiles, so erfährt
der der Kraft abgewandte Teil des Bolzens 12 eine Verlängerung gegenüber demjenigen
Teil, in welchem der Stab 13 gelagert ist. Die Längenveränderung der Teile 12 und
I3 gegeneinander wird durch die Meßuhr 16 gemessen.
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Abb. 10 zeigt eine Anordnung, welche derjenigen nach Abb. 8 gleicht.
Es sind jedoch, wie Abb. 1 1 in größerem Maßstab zeigt, in dem Meßbolzen 18 zwei
gegeneinander um 900 versetzte Meßstäbe I9 und 20 vorhanden, welche dem Stab 13
aus Abb. 8 entsprechen.
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Die Ausführungsform gestattet das Messen von zwei Komponenten einer
Kraft, welche beispielsweise in Richtung des Pfeiles3, wirken kann.
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Abb. I2 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher in der Mantelfläche des
ungeteilten Meßbolzens zwei Vertiefungen mit eingelegtem Meß draht angeordnet sind.
Abb. I3 zeigt einen Querschnitt durch den Meßbolzen in größerem Maßstabe. In dem
Meßbolzen 21 sind zwei Vertiefungen 22 und 23 mit eingelregtten Meßdrähten 24 und
25 angeordnet. Biegt eine in Richtung des Pfeiles2 wirkende Kraft den Bolzen durch,
so erfährt dessen Mantellinie auf der der Kraftangriffsseite abgewandten Seite eine
Verlängerung. Da der Draht 24 an dieser Verlängerung nicht teilnimmt, so tritt eine
gegenseitige Veränderung von 21 und 24 gegeneinander ein, welche gemessen werden
kann. Wirkt die Kraft in Richtung des Pfeiles P3, so können gleichzeitig durch die
Drähte 24 und 25 zwei Komponenten der Biegekraft gemessen werden. Wie aus Abb. 12
ersichtlich ist, ist der Draht 25 bei 26 mit dem Bolzen 21 verbunden. Man kann daher
an seinem freien Ende die Längenänderung des Bolzens 2I messen. Um aber auch dann
eine Messung vornehmen zu können, wenn die Kraftrichtung so ist, daß der Draht 24
oder 25 auf der Kraftangriffsseite liegt, d.h. wenn bei Durchbiegung des Bolzens
eine Verkürzung des Meßbolzens gegenüber dem Draht eintritt, so ist das freie Ende
des Drahtes bei 27 in einer Feder 28 eingespannt. Die Feder 28 ist an dem Bolzen
21 befestigt. Die
Meßuhr 29, welche durch eine Klemmvorrichtung
30 an dem Bolzen 21 befestigt ist, drückt mit ihrem Taststift 31 auf die Einspannvorrichtung
des Drahtendes. Der Draht 25 steht durch die Feder 28 unter Vorspannung, und die
Meßuhr 29 kann daher nicht nur die negativen, sondern auch die positiven Längenveränderungen
des Drahtes 25 gegenüber dem Bolzen 21 messen. D!er Draht 22, welcher gegenüber
dem Draht 25 um go" versetzt angeordnet ist, ist in Abb. 12 nicht sichtbar, wohl
aber die Meßuhr 32, welche zu diesem Draht gehört. Es sind hier nur Meßvorrichtungen
mit Meßuhren beschrieben.
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Zu bemerken ist noch, daß jedes geeignete Meßinstrument, besonders
auch registrierende Instrumente, mit der Vorrichtung in Verbindg gebracht werden
kann.