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Dehnungsmesser mit einem in einem Gehäuse eingebauten Magnettransformatorsystem,
dessen Luftspalt in Abhängigkeit von den Längenänderungen der Meßstrecke veränderlich
ist Es sind Dehnungsmesser bekannt, bei wel chen der eine Endpunkt einer Meßstrecke
mit dem Magneten, der andere mit dem Anker eines Magnettrans formatorsystems verbunden
werden, wobei zwischen Magnet und Anker ein Luftspalt gelassen wird. Bei Längenänderungen
der Meßstrecke ändert sich um den gleichen Betrag der Luftspalt und damit in sehr
empfindlicher Weise die Induktivität, was außerordentlich feine Messungen ermöglicht.
In den meister Fällen ist hierbei die Meßstrecke durch Meßspitzen oder -schneiden
gegeben, die in geeigneter Weise an den Prüfling angesetzt werden. Für manche Zwecke,
besonders bei größeren Prüflingen, ist es jedoch erforderlich, die Meßstrecke durch
Meßstifte festzulegen, die im Abstand der -NIeßstrecke auf den Prüfling aufgelötet
werden. Hier erscheint eine Vorrichtung nötig, mittels welcher sich der Luftspalt
bei angel setztem Meßgerät verändern läßt, um bei den Messungen von einem bestimmten
Anfangswert, z. B. Null, am elektrischen Äteßinstrumeint ausgehen zu können oder
die Emfindlichkeit des Gerätes durch Verkleinerung des Luftspaltesi zu erhöhen.
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Bei einem bekannten Gerät zur Messung von Verformungen und Bewegungen
bzw. von Spannungen nach dem Transformatorprinzip ist zwar schon die Meßlänge veränderbar
vorgesehen; doch handelt es sich hier um eine Grobeinstellung vor Anbringung des
Gerätes am Prüfling, ohne Mittel zur nachträglichen Feineinstellung des Luftspaltes.
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Die Erfindung geht von einem der bekannten Dehnungsmesser mit einem
in einem Gehäuse
eingebauten Magnettransformator aus, dessen Luftspalt
in Abhängigkeit von den Längenänderungen der Meßstrecke veränderlich ist, wozu jeder
der beiden Transformatorteile mit einem am Prüfling starr befestigten Meßstift verbunden
ist. Bei einem solchen vorausgesetzten Dehnungsmesser besteht die Erfindung im wesentlichen
darin, daß die Lage eines Transformatorteils relativ zu dem zug.-hörigen Meßstift
durch eine Stellschraube. vorzugsweise eine Differentialschraube, nach erfolgter
Verbindung veränderlich ist.
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Die Abbildung veranschaulicht im Schema ein Ausführungsbeispiel für
einen solchen Dehnungsmesser. Im Abstand der Meßstrecke s sind auf dem Prüfling
I die kegelförmigen Meßstifte 2 und 2' aufgelötet. Beide Meßstifte sind durch den
Boden 3 eines nicht gezeichneten Gehäuses geführt. Meßstift 2' ist mit dem Gehäuse
durch den Innenkegel 3' fest verbunden. Meßspitze 7 hat in der Ausnehmung 3" gegen
das Gehäuse Spiel. Auf den Meßstift 2 ist der Anker 4' mit dem Innenkegel 4 aufgesetzt.
Äleßstift 2' steht mit dem Magneten 5, dessen fern dem Anker gegenübersteht, in
folgender einstellbarer Verbindung: Auf dem als Führungsbett ausgebildeten Gehäuseboden
3 ist der Magnet 5 schlittenartig in Richtung der Meßstrecke s parallel verschiebbar.
Die Verschiebung erfolgt mittels einer Differentialschraube 6, deren größerer Gewindebolzenteil
6' in einem Muttergewinde 7' liegt, das in den Bock 7 eingeschnitten ist, während
der kleinere Gewindebolzenteil 6" in ein Muttergewinde 8' der Warze 8 des Innenkonus
3' eingeschraubt ist. Der Bock 7 ist mit der Fassung 9 des Magnetkernes 5 durch
die Lasche 10 starr verbunden. und beide zusammen bilden im Ausführungsbeispiel
einen Schlitten, der im Führungsbett 3 parallel zur Meßstrecke s gleitet. Mittels
der Differentialschraube 6, deren einer Gewindebolzenteil 6' im Schlitten 7, 9,
10, der andere 6" in der gehäusefesten Warze 8 eingeschraubt ist. kann also der
Magnet gegen das Gehäuse bzw. den Meßstift 2 verschoben und damit auch der Luftspalt
l verändert werden.
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Für das Ausführungsbeispiel wurde, der hesseren Anschaulichkeit halber,
die Verschiebung des Magneten durch Schlittenführung gewählt. Statt einer solchen
können aber auch andere Einrichtungen zur Geradeführunt, z. B.
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Blattfeder-oder Drahtfederaufhängungen, Verwendung finden. Auch könnten
zwecks gedrungener Bauweise die Magnetfassung 9 und der Bock / statt durch die oberhalb
des Meßstiftes 2' angeordnete Lasche 10 durch einen Rahmen um den Meßstift 2' miteinander
verbunden werden.
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Bei Dehnungsmessungen mit dem Anspruch auf Empfindlichkeit bis zu
Bruchteilen von 1/1000 mm, wie dies bei elektromagnetischen Geräten dieser Art der
Fall ist, spielen Wärmeausdehnungen als Fehlerquellen eine wesentiche Rolle. Auch
wird es in vielen Fällen von Wichtigkeit sein, die Wärmedehnung allein zu messen,
um z. B. festzustellen, welchen Anteil sie an der gesamten Dehnung eines belasteten
Werkstückes hat. Die Messung der Wärmedehnung eines Werkstückes an der Veränderung
des Luftspaltes ist aber nur dann möglich, wenn der Luftspalt hei der unvermeidlichen
Miterwärmung des Gerätes unverändert bleibt. Gemäß der Erfindung wird das Konstanthalten
des Luftspaltes im Prinzip dadurch erreicht, daß der Magnet oder der Anker des verwendeten
Magnettransformatorsystems an einem Träger befestigt ist, dessen Wärmedehnungskoeffizient
von dem des Gehäuses verschieden ist. Im besonderen werden erfindungsgemäß zum Zwecke
der Gleichhaltung des Luftspaltes Kompensationsdehnungen (d. h. Dehnungen in entgegengesetzter
Richtung der zu kompensierenden Dehnung) dadurch erreicht, daß entsprechende Teile
des Magneten oder des Ankerträgers außerhalb der Meßstrecke zu liegen kommen.
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Da der Aufbau des Gerätes, mit Rücksicht auf die Gebundenheit an
magnetisierbare und nichtmagnetisierbare Werkstoffe der Ausführung in Werkstoffen
mit den passendsten Wärmedehnungskoeffizienten entgegensteht, sind einzelne Geräteteile,
vorzugsweise der Träger des Magneten, aus mehreren aneinandergereihten Werkstoffen
von unterschiedlicher Wärmedehnung hergestellt, deren Gesamtdehnung der der gewünschten
Kompensation entspricht. Auf diese Weise kann durch Einsehal ten eines entsprechend
langen Stückes aus einem Material von anderer Wärmedebnung die Gesamtdehnung des
betreffenden Geräteteils in gewissen Grenzen willkürlich ge.indert werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Abbildung stellt sich die Konstanthaltung
des Luftspaltes I bei Erwärmung des Gerätes folgendermaßen dar: Wird bei gleichbleibendem
Abstand s das Gerät erwärmt, so ergeben sich in Beziehung auf den Luftspalt l folgende
Wärmedehnungen: 1. der Strecke a. von der Meßstiftachse von 2 bis zur Stirnfläche
des Ankers 4' in der Richtung zum Luftspalt 1: 2. der Strecke b, von der Meßstiftachse
von 2' bis zur Außenkante 7" des Bockes 7 in der Richtung vom Luftspalt weg und
3. der Strecke c von der Stirnfläche des Magneten 5 bis zur Außenkante 7" des Bockes
7 in der Richtung zum Luftspalt.
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Da die Dehnungen von a und c den Luftspalt zu schließen und die Dehnung
von b ihn zu öffnen versuchen, müssen sie einander kompensieren,
wenn
der Luftspalt gleichbleiben soll. Es muß dann sein: #l = #b - #a - #c = 0 und #b
= #a + #c.
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Diese Forderung ist dadurch zu verwirklichen, daß der Wärmedehnungskoeffizient
von c bedeutend kleiner als der von b gewählt wird. Den Ausdehnungskoeffizienten
c gleich Null zu machen, ist nicht möglich, da die Strecke c den weicheisernen Magnetkern
(Strecke d) enthält, dessen Ausdehnungskoeffizient immer größer als Nu!ll ist. Man
kann aber den übrigen Teil von c ganz oder teilweise aus einem Werkstoff mit dem
Ausdehnungskoeffizienten Null herstellen und dadurch die Gesamtdehnung von c klein
halten.
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Eine solche geringe Wärmedehnung von c wird im Ausführungsbeispiel
dadurch erzielt, daß die Lasche 10 in der Länge der Strecke c' aus Invar hergestellt
ist, Dann ist die Gesamtdehnung von c gleich der der Reststrecke d, Sind die Wärmedehnungskoeffizienten
von a, b und d bekannt, so läßt sich die Länge des einzusetzenden Stückes Invar,errechnen.
Bezeichnet man den Wärmedehnungskoeffizienten von a mit a, den von b mit ß und den
von d mit #, so ist #b = #a + #c = #a + #d ß#b = α#a + ##d α#a + ##d
ß c' = b + c" α#a + ##d = + c" ß wobei c s a -b - d In der Praxis wird jedoch
die rechnerische Ermittlung der Länge des Invarstückes c' wegen der notwendigen
Zusammensetzung der anderen Geräteteile aus verschiedenen Werkstoffen in der Regel
nur einen Annäherungswert ergeben, der erst einer empirischen Korrektur bedarf.
Eine solche Korrektur kann auf verschiedene Weise, z. B. durch Verkürzung oder Verlängerung
der Lasche 10 oder Wahl eines bestimmten NVerkstoffes für die Differentialschraube
6, vorgenommen werden. Der Vorgang wird dabei zweckmäßig der sein, daß das Gerät
auf zwei Meßstifte aufgesetzt wird, die im Achsabstand s auf einen Invarstab aufgelötet
sind. Dadurch bleibt die Meßstrecke s konstant, auch wenn der Invarstab mit dem
Gerät miterwärmt wird.
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Hierauf wird das Gerät erwärmt und nun so lange korrigiert, bis sich
zeigt, daß der Luftspalt innerhalb der in Betracht kommenden Temperaturen unverändert
bleibt, was sich durch Gleichbleiben der Induktivität kundgeben wird. Damit ist
ein Gerät gegeben, das auf eigene Wärmedehnungen keinen Ausschlag gibt. Wird dieses
Gerät auf ein Werkstück aufgesetzt, das sich bei Erwärmung dehnt, so läßt sich diese
thermische Dehnung nun in gleicher Weise wie eine mechanische an der Induktivitätsänderung
messen. Mit Hilfe eines solchen Gerätes läßt sich also die Wärmedehnung von der
mechanischen Dehnung gesondert messen. Wo diese Unterscheidung nicht wesentlich
ist oder die Erwärmung des Werkstückes, wie z. B. bei großen Maßen, vernachlässigt
werden kann, hat die Temperaturkompensation am Gerät immer den Vorteil, daß die
unvermeidliche Erwärmung des Gerätes, insbesondere durch den Primärstrom, die des
sungen nicht verfälscht.