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Elektrisch wirkendes dynamisches Dehnungsmeßgerät Zur Erfassung zeitlich
raseh versänderlicher elastischer Verformungen von Werkstücken, z. B. zur Messung
von Biegeb : eanspruchungen, werden dynamische Dehnungsmeßgeräte vorzugsweise kleiner
Abmessungen Verwendet.
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Es sind schon derartige kleine Meßgeräte bekannt, bei weichen die
Dehnung des Prüfstückes durch Längenänderung einer durch eine, feste und eine Kippschneide
begrenzten Meßstrecke ei-faßt und unter Zuhilfesabme eines mit der Kippschneide
durch. eine Hebelübersetzung verbendenen Drehspeiegels, eines Lichtzeigers und einer
-umlaufenden Filmtrommel in- starker Vergräßerung sichtblar gemacht werden.
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Bei der Verwendung von Geräten dieser Art treten stets Schwierigkeiten
auf, wenn Messungen an versteckt liegenden und schwer zugänglichen Stellen von Prüfstücken
oder an bewegten, z. B. sich drehenden Teilen angestellt werden müssen, weil die
optische Ablesung des Meßergebnisses in solchen Fällen umständlich, oder gar ummäglich
ist.
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Es sind, ferner dynamische Gehnungsmeßgeräte bekannt, die aus einem
elektromagnetischen zweiteiligen Geber bestehen, dessen beide mit losen Federbändern
miteinander verbundenen Teile durch zwei an den Enden -auf den Prüfkörper aufgelötete
oder aufgeschweißte Stifte befestigt werden. Vor Be gimi der Messung mit einem solchen
Gerät müssen die Tragstifte für den elektrischen Geber in genau bestimmtem Abstande
voneinander auf dem Prüfkörper befestigt werden. Diese Art der Befestigung eines
Dlehnungsmeßgeräts ist vor allem bei Laboratoriumsmessungen naturgemäß umständlich.
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Außerden breigt es die starre Verbindung eines solchen zweiteiligen
Geräts mit der Prüfstückoberfläche mit sich, daß bei größeren Krümmeungen der Oberfläche
nicht die dort herrschende Spannung, sondern entsprechend dem Abstand der Mitte
des Gebers von der Oberfläche ein größerer Wiert infolge Schiefstellung der Oberflächennormalen
gemessen wird.
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In ähnlicher Weise hat man auch schon einen kleinen teleskopartig
ausgebildeten, elektrischen Geber, der aus zwei ineinander verschiebbaren Rohren
besteht, an zwei auf der Prüëfunterlage aufgelöieten oder aufeschweißten Böckchen
befestigt. Auch bei diesem Gerät ist es erforderlich, zuerst die halteköckchen auf
dem Prüfkörper zu befestigen und anschließend den elektrischen Geber in geeigneter
Weise damit zu verbinden. Bei dieser
Art der Be£estigung kann leicht
ein Ver klemmen der teleskopartig ineinandergeschobenen Geberteile und dadurch infolge
Reibungen eine fehlerhafte Meßangabe eintreten. Im übrigen äußern sich auch hier
Krümmungen der Oberfläche ähnlich wie bei dem obenerwähnten, gleichfalls bekannten
Gerät in nachteiliger Weise durch Anzeigung falsche Werte.
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Für das genannte Gerät mit teleskopartig ausgebildetem Geber ist
auch eine Ausführung bekannt, bei der die Enden der beiden ineinander verscheibbaren
Rohre mit Schneiden über eine Pendelstütze aufgespannt werden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Art der Aufspannung unzulänglich
ist, da auch hierbei leicht ein Verklemmen der Rtobre eintritts Es ist auch schon
ein elektrischer D^ehnungsmesser bekannt, bei weichem eine Meßpatrone zwischen zwei
Meßspitzenträgern nach deren Festspannung am Prüfstück mittels Zwingen eingesetzt
wird. Dieses bekannte Meßgerät, das in seiner Gesamtheit die Meßstrecke U-förnug
überbrückt, ist für Messun gen an bewegten Teilen wegen seiner mehrteiligen Ausbildung
und der schweren Spannvorrichtungen nicht geeignet. Schon bei mäßigen Beschleunigungen
lockert sich die Meßpatrone, wodurch genaue Messungen unmöglich gemacht werden.
Ferner hat das bekannte Gerät den Nachteil, daß die Meßfußhebel, da sie an den Spannzwingen
fest angeordnet und mit diesen am Prüfstück fest- -geklemmt sind, gegenüber der
Prüfstrecke -nicht geschwenkt werden können. Sie übertragen daher Krünnnungen der
Meßstrecke, d.h. der Prüfstückoberfläche in stark vergrößertem Maßstabe, während
sie Dfehnun--gen oder Verkürzungen der Meßstrecke in der -Längsachse unverfälscht
auf die Meßpatrone wirken lassen. Hierdurch werden die mit der bekannten Eirrichtung
erzielten Meßergebnisse bezüglich ihrer Genauigkeit sehr nachteilig beeinfLußt.
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Durch die Erfindung wird ein dynamisches Dehnungsmeßgerät geschaffen,
welches den in der Praxis gestellten Anforderungen bezüglich. widerstandsfähiger
Ausführung, Genauigkeit - der -Messung und einfacher Handhabung, namentlich bei
Laboratoriumsmsessungen, wo meist eine einfache Aufspannung genügt, gerecht wird
und den bekannten dehnungsmeßgeräten durch seinen einfachen Aufbau überlegen ist.
Die Erfindung kann sowohl bei einem Dehnungsmeßgerät Anwendung finden, welches mit
zwei Meßspitzen oder -schneiden und einer Standspitze auf dem Prüfstück aufgesetzt
und durch eine Aufspannvorrichtung -festgehalien wird, als auch bei einem Meßgerät,
dessen Meßfüße durch Verkittung, Schweißung, Hartlätung oder Verschraubung mit dem
Prüfstück verbunden werden, wenn die Art der anzustellenden Messung, z. B. bei hohen
Beschleunigungen, eine solche feste Verbindung zwischen Meßgerät und Prüfstück erforderlich
macht.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Dehnungsmeßgerät einen geschlossenen
Rahmen -jldet, der als elastischer Bogen die Meßstreke überbrückt. Längenänderungen
der Meßstrecke übertragen sich auf die als Meßfüße ausgebildeten Schenkel des U-förmigen
Rahmens und wirken durch elastische Verformung des letzteren auf das elektrische
Meßelement lein. Sie können dann in bekannter Weise über eine Anzeigevorrichtung
in beliebiger VergröBerung sichtbar gemacht werden.
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Nach einem weiteren Vorschlag gemäß der Erfindung besitzt einer der
Schenkel des U-formigen Rahmens eine oder zwei nebeneinanderliegende, mit dem Steg
starr verbundene Standspitzen, während der andere Schenkel als beweglicher Meßfuß
dient rund mit dem Steg des Rahmens zur Erhöhung der Elastizität durch ein z. B.
von einer Schwächung des meßfuß- oder Rahmenprofils gebildetes elastisch verformbares
Gelenk verbunden ist.
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Durch diese - Ausgestaltung der das Meßelement tragenden Rahmenteile
ist der Aufbau des Geräts nach der Erfindung denkbar vereinfacht und gegenüber den
bekannten Geräten weit übersichtlicher und billiger in der Herstellung. Das Meßgerät
nach der Erfindung ist ferner gegen äußere Einflüsse unempfindlich, da der feste
U-förmige Rahmen die empfindlichen Teile des Meßgeräts umfaßt und schützt, Die Aufspannung
des Geräts kann in einfacher und bekannter Weise bei Laboratoriumsmessungen und
solchen mit nicht zu großen Beschleunigungen durch eine Federkraft erfolgen, die
von oben auf den Rallmenträger drückt, und zwar je nachdem, ob das Gerät auf zwei
ioder drei Spitzen oder Schneiden steht, entweder in der Mitte oder um ein Drittel
der Meßlängenentfernung von den beiden festen Stand spitzen entfernt angreift.
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Durch geeignete Wahl der Elastizität bzw.
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Starrheit des die Dehnungen aufnehmenden U-förmigen Rahmenträgers
wird erreicht, daß beim Aufspannen des Geräts keine Arretierung der Meßlänge erforderlich
ist und daß trotzdem die Nullpunktverschiebungen in trag--baren Grenzen bleiben.
Der Aufspanndruck -kann, da empfindliche Gelenke und Gleitsitze bei der Bauweise
des Geräts nach der Erfindung fortfallen, infolge der starken Ausführung des Rahmenträgers
sehr hoch gewählt werden, wodurch selbst bei relativ hohen Beschleunigungen eine
Befestigung des Geräts nur durch Aufspannen ausreichend ist.
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Bei fest aufgespannfen Schneiden bildet der" Rahmenträger ein nur
schwer verformbares Ganzes, wodurch eine sehr hoch liegende Eigenfrequenz der Meßanordnung
bewirkt wird, sofern hiervon überhaupt die Rede sein kann.
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Ein dynarnisches Meßgerät muß bekanntlich, wenn eine leicht lösbare
Aufspannung, nicht mehr ausreicht bei Messungen an schnell und ungleichförmig schwingende,
Teilen wegen der auftretenden großen Beschleunigungskräfte mit dem Prüfstüelc, z.
B. durch Verketten oder Verschraubung, fest verbunden werden. Gemäß der Erfindung
wird vorgeschlagen, die Meßfüße für diesen Zweck mit plattenförmigen Auflagen auszubilden,
die auf - dem Prüfstückplan aufliegen und ~ leicht mit ihm verbunden werden können.
Wenn das Gerät nicht' in bekannter Weise durch Aufkitten auf der Prüfunterlage befestigt
wird, so können für seine Befestigung auf der- Prüfunterlage z. B. auch -konische
Bohrungen in den Meßfußplatten angebracht. werden, die zum Durchtritt von Schrauben
dienen, welche in entsprechende konische Zapfen auf dem Prufstück eingeschraubt
werden.
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Durch die in dieser Weise fest mit dem Prüfstück verbundenen Meßfüße
würden bei der Längung der Meßstrecke Zwangsverbiegungen an den Rahmenteilen des
Meßgeräts auftreten, die das Meßergebnis ungünstig beeinflussen könnten. GemäB.
der Erfindung. wird dieser Möglichkeit dadurch begegnet, daß die Übergänge von den
Meßfüjen zu den plattenförmigen Auflagen, z. B. durch eine Schwächung des Meßfußprofils
oder ein anderes -federndes Gelenk, elastisch verformbar sind und da diese elastischen
Verbindungen möglichst nahe an der Prüfstückoberfläche, unmittelbar über den auflageplatten
liegen, so - daß. die Auflageplatten gegenüber den Meßfüßen um eine parallel der
Oberfläche des Prüfstückes, jedoch senkrecht zur - Meßstrecke -liegende Achse geschwenkt
werden können.
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Hierdurch with die Funktion, die die Meßfußschnieiden oder -spitzen
bei den mittels Aufspannvorrichtungen auf dem Prüfstück zu befestigenden Dehnungslmeßgeräten
ausüben, in fortschrittlicher Weise bei solchen Geräten, die mit dem' Prüfstück
fest verbunden werden müssen durch elastische-Gelenke ersetzt. - Das -Dehnungsmefgerät
nach der Erfindung hat - also auch dann, wenn es wegen der Besonder--heit einer
Messung mit dem Prüfstück durch Kitten, Schweinen o. dgl. fest verbunden werden
muß, alIe Vorteile bezüglich Beweglichkeit der Meßfußhebel und Eindeutigkeit der
Bewegung; wie sie : ein Gerät aufweist, das nur mittels einer Aufspannvorrichtung
auf dem Prüfstück befestigt ist.
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Besonders zweckmäßig ist les, bei -den4 Der numsmeßgerät nach der
Erfindung als - Meßelement zwischen den Schenkeln des U-förmigen Rahmens, vor allem
segen einer weitgehenden Unabhängigkeit von Nullpunktverschiebungen, ein elektromagnetisches
Tauch-Ankereleiment auswechselbar anzuordnen, dessen Tauchanker, an dem elastisch
mit dem Rahmen verbundenen Meßfußschenkel angreift. Das Meßelement kann auch, ohne
daß das Gerät wesentlich an Gewicht und Umfang zunimmt, in ein geschlossenes Gehäuse
eingesetzt werden, welches mit dem Steg des Rahmens fest verbunden ist. Hierdurch-wird
die Unempfindlichkeit des D-ehnungmeßgeräts -gegenüber äußeren Einflüssen, z. B.
gegen Stoß, Feuchtigkeit, Verschmutzung usw., noch erhöht.
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Nach einer weiteren wertvollen Einzelheit des Erfindungsgedankens
wird ferner vorgeschlangen, das Gehäuse für das Meßelement, den dieses Gehäuse tragenden
Rahmen nebst Meßschneiden bzw. Auflageplatten. aus einem Stück herzustellen. Hierdurch
wird in fortschrittlicer Weise eine wietere Erhöhung der Meßgenauigkeit erzielt,
weil ein Lockern einzelner Teile des Meßgeräts auch bei Messung an sehr stark beschleunigten
Prüfstücken -unmöglich gemacht ist. Ferner läßt die H.erstellung des Meßgeräts aus
einem Stück eine -Anfertigung des Geräts mit äußerst kleinen Abmessungen zu. Bisher
konnte man Meßgeräte nicht so klein bauen, weil für das Anbringen der Verbindungen
zwischen den ein-. zelnen Teilen des- Geräts, z. B. Verschraubungen o. dgl., Material
in genügender stärke vorhanden sein mußte.
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Weiterhin ist es zweckmäßig und torteilhaft, das Meßelement innerhalb
des U-förmigen Rahmens, z. B. durch Verschraubung. mit dem feststehenden-Meßfuß,
auswechselbar znzuordnen. Für mehrere Dehnungsmeßrahamen, die den jeweiligen erfordernissen
in - ihrer äußeren Form angepaßt sind, kann dann das gleiche MeJelement verwendet
werden.
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Das ist insbesondere vorteilhaft; wenn Messungen, bei welchen das
- Gerät aufgespannt wird, mît Messungen, bei welchen lein Ankitten bder Anlöten
der Meßfüße erforderlich ist,. abwechseln.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele eines Dehnungsmeßgeräts
gemäß der Erfing dargestellt.
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Abb.. l zeigt im Längsschnitt ein dynamisches Dehnungsmeßgerät mit
meäfuäschneiden zum- Aufsetzen und Aufspannen auf das Prüfstüek mittels einer geeigneten-
Aufspannvorrichtung.
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Abb.2 ist eine Ansicht -des - -Geräts nach ibb. I in Richtung a,
Abb. 3 zeigt die Seitenansicht eines meßgeräts gleicher Art, welches. zur festen
Verbindung - (Anikitten oder Verschrauben) mit
der Prüfunterlage
unter Verzicht auf eine Aufspannvorrichtung geeignet ist.
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Das Dehnungsmeßgerät besteht aus einem U-förmigen Rahmen, der von
einem Steg I und zwei seitlichen senkrecht stehenden Schenken 2, 3 gebildet wird.
Der Schenkel3 des Rahmens ist durch ein federndes Gelenk 4 mit dem Steg I elastisch
verbunden und stellt den beweglichen Meßfußhebel dar, dessen Schneide 5 (Abb. I)
auf ds Wekstück aufgesetzt wird. Der Schenkel 2, welcher mit dem Steg 1 in starrer
Verbindung steht und zugleich die rechte Außenwand des Gehäuses bildet, ist unten
als zweiteiliger Meßfuß mit zwei Meßfußschneiden ausgebildet (Abb. 2).
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Zwischen den Schenkeln 2 und 3 des Rahmens ist unterhalb des Steges
1 in einem Gehäuse 7 ein elektrisch-magnetisches Tauchankerelement 8 angeordnet.
Der Tauchanker 9 dieses Mebelementes ist durch eine Durchbrechung der Wand 7 des
Gehäuses durch. geführt und greift am beweglichen Meßfuß. hebel 3 an. Der Tauchander
ist hier mittels einer Mutter 10 befestgt. Im übrigen ist das Tauchankerelement,
dessen Spulenkörper mit II bezeichnet ist; in an sich bekannter Weise ausgeführt.
Es erübrigt sich daher, an dieser Stelle den Aufbasu des Elementes näher zu beschreiben.
Der Spulenkörper 1 1 ist mli tels der Gewindehülse I2 im Gehäuse oberhalb der Meßfußschneiden
6 auswechselbar eingeschraubt. An der Seite der mit dem Steg 1 starr verbundenen
Meßfüße 6 befinden sich die Kontaktscheiben 13 des meßelementes, welche durch Trennscheiben
14 voneinan der isoliert sind. Die Kontakscheiben 13 dienen zur Befestigung der
Leitungsanschlüsse, über welche das Meßgerät mit einer in den Abbildungen nicht
dargestellten Anzeigevorrichtung in Verbindung gebracht. wird. Die Kontaktscheiben
I3 und die Isolierscheiben 14 werden durch eine Mutter 15 auf der Spule festgehalten
Eine Mulde 16 auf der Oberfläche des Steges I dient zum Ansetzen einer Aufspannvorrichtung.
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Bei dem in Abb. 3 dargestellten D,ehnungsmeßgerät sind die Meßfußschnieiden
5,6 durch Auflageplatten 5a, 6a zum Aufkitten oder Auflöten des Meßgeräts auf der
Prüfunterlage ersetzt. Die Auflageplatten 5a, 6a sind mit den zugehörigen Meßfüßen
2, 3 durch federnde Gelenke 16, 17 elastisch verbunden. Diese elastische Verbindung
verhindert ein Verbiegen des Rahmens bei fest aufgelöteten oder aufgekitteten Meßiüßen
während der iDehnungsmessung.
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Die Plattenauflagen 5a, 6a können auch, wenn sie nicht durch Verkittung
mit dem Prüfstück verbunden Werden sollen, z. B. auf der Prüfstückoberfläche angeschraubt
werden.
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Eine solche Verschraubungseinrichtung ist an der Meßfußplatte 5a beispielsweise
dargestellt.
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Die seitlich verlängerte Auflageplatte 5a ist mit einer Bohrung 18
versehen, die einem auf dem Prüfkörper 20 befestigten konischen Zapfen 19 entspricht.
Mittels einer Schraube 21 wird die Auflageplatte mit dem konischen Zapfen 19 verbunden,
In den Abbildungen sind die Dehnungsmeßgeräte etwa in vierbis sechsfacher Vergrößerung
dargestellt.