DE7834888U1

DE7834888U1 - Device for measuring changes in length, deformations, strains, stresses, etc. on materials and components

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Publication number: DE7834888U1
Application number: DE7834888U
Authority: DE
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Publication date: 1979-08-09

Description

Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen, Verformungen,Device for measuring changes in length, deformations,

Dehnungen, Spannungen usw. an Werkstoffen und BauteilenElongation, tension, etc. on materials and components

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Langer änderungen, Verformungen, Dehnungen, Spannungen usw. an Werkstoffen und Bauteilen, mit einem bügeiförmigen Meßelement, das aus einem Federelement besteht, auf dem Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind und mit Verbindungselementen zur Verbindung des Meßelements mit den zu prüfenden Werkstoffen oder Bauteilen.The invention relates to a device for measuring Langer Changes, deformations, elongations, tensions, etc. in materials and components, with a bow-shaped measuring element, which consists of a spring element, on the strain gauge are arranged and with connecting elements for connecting the measuring element to the materials to be tested or components.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Messung von BeanspruchungE an Elastomeren (US-PS 2 815 424] besteht das Meßelement aus einem kreisförmig gebogenen Federelement, auf dessen Dberseite Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Die Enden des Federelements weisen zwei kurze, parallele Abschnitte auf, an denen Nadeln zur Befestigung der Vorrichtung auf einem Kunststoffbauteil angeordnet sind. Bei dieser Vorrichtung sind die Dehnungsmeßstreifen auf der Außenseite einer gekrümmten Fläche befestigt. Die Zuführungsleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen können leicht beschädigt werden. Die Art der Befestigung der Vorrichtung an dem zu prüfenden Werkstoff ist nur für bestimmte Materialien geeignet.In a known device for measuring stress E. of elastomers (US Pat. No. 2,815,424), the measuring element consists of a circularly curved spring element, on the upper side of which Strain gauges are arranged. The ends of the spring element have two short, parallel sections, on which needles for fastening the device are arranged on a plastic component. With this device are the strain gauges on the outside of a curved one Surface attached. The feed lines to the strain gauges can easily be damaged. The kind the attachment of the device to the material to be tested is only suitable for certain materials.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung dieser Art und bei einer Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen oder Bewegungen zwischen zwei Punkten sind U-förmige Meßelemente mit Dehnungsmeßstreifen vorhanden (US-PS 2 316 975 und 3 171 276). Dis sichere Befestigung der Zuführungsleitungen zu den Dehnung meßstreifen bereitet hier ebenfalls Schwierigkeiten. Die Meßelemente lassen nur geringe Verformungen zu. Zur Befestigung des Meßelements auf dem zu prüfenden Bauteil ist eine bestimmte Befestigungsart vorgesehen, so daß die Einsatzmöglichkeit solcher Vorrichtungen begrenzt ist.In another known device of this type and in a device for measuring changes in length or movements U-shaped measuring elements with strain gauges are provided between two points (US Pat. Nos. 2,316,975 and 3,171,276). Dis secure attachment of the supply lines to the expansion measuring strips also cause difficulties here. The measuring elements allow only slight deformations. For fixing of the measuring element on the component to be tested, a certain type of fastening is provided so that the possibility of use such devices is limited.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zi Messung von Längenänderungen usw. zu schaffen, bei der die inThe object of the present invention is to provide a device zi To create measurement of changes in length, etc., in which the in

einer Brückenschaltung zusammenschaltbaren Dehnungsmeßstreifen leicht anzubringen sind und die Zuführungsleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen einfach und sicher befestigt werden können. Die Vorrichtung soll für verschiedene Einsatzfälle, z.B. für die Messung von Dehnungen, Verformungen, RißaufWeitungen, Spannungen usw. bei hohen Frequenzen und Formänderungsgeschwindigkeiten verwendbar sein. Die Vorrichtung soll hierbei an dem zu prüfenden Bauteil leicht anbringbar und abnehmbar sein. Das Meßelement soll kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht sowie eine möglichst hohe Elastizität aufweisen.a bridge circuit interconnectable strain gauges are easy to attach and the feed lines to the Strain gauges can be easily and securely attached. The device is intended for various applications, e.g. for the measurement of elongations, deformations, widening of cracks, Stresses etc. at high frequencies and strain rates may be useful. The device should here on the component to be tested can be easily attached and removed. The measuring element should be small in size and light in weight and have the highest possible elasticity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Federelement U-förmig mit geraden Elementabschnitten (Schenkel, Querverbindung zwischen den Schenkeln) ausgebildet ist und daß die Verbindungsstellen zwischen den Elementabschnitten mit Anflächungen versehene Verstärkungen aufweisen. Zweckmäßigerweise werden hierbei die freien Enden der Elementabschnitte (Schenkelenden) für den Anbau auswechselbarer Verbindungselemente, wie Schneiden- und Pfannenelemente, vorgesehen, wobei das Federelement im wesentlichen als einstückiges, dünnes Blattfederelement mit zwei verstärkten Stellen ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich im wesentlichen aus der Aufgabestellung. This object is achieved in that the The spring element is U-shaped with straight element sections (legs, cross-connection between the legs) and that the connection points between the element sections have reinforcements provided with flats. Appropriately the free ends of the element sections (leg ends) are used for the attachment of exchangeable connecting elements, such as cutting and socket elements, provided, wherein the spring element is essentially designed as a one-piece, thin leaf spring element with two reinforced points is. Advantageous refinements of the invention emerge from the further subclaims. The advantages of the invention The solution essentially results from the task at hand.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher dargestellt und erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated below using exemplary embodiments in the drawings shown and explained in more detail. Show it

Fig. 1 ein U-förmiges Meßelement1 shows a U-shaped measuring element

Fig. 2 einen Dehnungsaufnehmer mit angebauten Schneiden- und 3 elementen, Endanschlägen, Drahtfederbügeln, Anflächungen für Endmaße und Federklammern (Fig. 2 Längsschnitt, Fig. 3 Querschnitt)Fig. 2 shows an extensometer with an attached cutting edge and 3 elements, end stops, wire spring clips, flats for gauge blocks and spring clips (Fig. 2 Longitudinal section, Fig. 3 cross section)

Fig. 4 Rißaufweitungsaufnehmer (Teilschnitt) Fig. 5 Schnittdarstellungen eines Querdehnungsaufnehmers und BFig. 4 crack expansion transducer (partial section) Fig. 5 sectional views of a transverse strain transducer and B

Das Meßelement nach Fig. 1 ist als LJ-förmiges Federelemer. L ausgebildet und besteht aus den Schenkeln 2a,b, der Querverbindung 3 zwischen den Schenkeln und Verstärkungen 4a,b, die zwischen den Schenkeln und der Querverbindung angeordnet sind. Die verstärkten Stellen 4a,b weisen je zwei in einem Winkel von etwa 90 zueinander angeordnete Anflächungen Ba,b auf, an denen elektrische Anschluß- und Abgleichelemente sowie mechanische Schutzvorrichtungen befestigt werden können (siehe Fig. 2). Die verstärkten Stellen 4a, b und die Anflächungen Ba,b können auch eine gegenüber der Darstellung in Fig. 1 abgeänderte Form aufweisen. An der Querverbindung 3 sind beidseitig Dehnungsmeßstreifen 5a, b appliziert, die zu einer I Brücke zusammenschaltbar sind. Die Anschlüsse der Dehnungsmeß-The measuring element according to FIG. 1 is an LJ-shaped spring element. L. formed and consists of the legs 2a, b, the cross connection 3 between the legs and reinforcements 4a, b, which are arranged between the legs and the cross connection. The reinforced points 4a, b each have two flat surfaces Ba, b arranged at an angle of approximately 90 to one another, to which electrical connection and adjustment elements as well as mechanical protective devices can be attached (see Fig. 2). The reinforced points 4a, b and the planar areas Ba, b can also be modified from the illustration in FIG Have shape. At the cross connection 3 are on both sides Strain gauges 5a, b applied to a I bridge are interconnectable. The connections of the strain gauges

$ streifen sind auf eine der Anflächungen 6b geführt.$ strips are guided on one of the flats 6b.

% Die Schenkelenden des Federelements 1 werden mit Hilfe der % The leg ends of the spring element 1 are with the help of the

:. später beschriebenen Verbindungselemente mit dem zu prüfenden:. connecting elements described later with the one to be tested

)o. Bauteil oder Werkstoff verbunden. Da die Schenkel 2a,b die )O. Component or material connected. Since the legs 2a, b the

: gleiche Elastizität wie die Querverbindung 3 besitzen, läßt: have the same elasticity as the cross connection 3, can

das erfindungsgemäße Federelement große Verformungen zu.the spring element according to the invention to large deformations.

■)/ Die Verformung ein den Schenkelenden der Schenkel 2a,b ist■) / The deformation is one of the leg ends of the legs 2a, b

Io proportional der Biegespannung in der Querverbindung 3, MitIo proportional to the bending stress in the cross connection 3, With

f. Hilfe der Dehnungsmeßstreifen 5a,b läßt sich daher aus dem f. The help of the strain gauges 5a, b can therefore be obtained from the

I Federelement ein Meßglied schaffen, das mechanische Längen-I create a spring element, a measuring element, the mechanical length

f änderungen, die durch die Bewegung der Schenkelenden erfaßt f changes detected by the movement of the thigh ends

'■' werden können, in Widerstandsänderungen umwandelt, die bei'■' can be converted into changes in resistance that occur at

g Anschluß von geeigneten elektronischen Verstärkern in elek-g Connection of suitable electronic amplifiers in elec-

i' trische Spannungsänderungen umgeformt werden können. Durchi 'tric voltage changes can be transformed. By

|y die kleinen Abmessungen und das niedrige Gewicht des MeB-| y the small dimensions and the low weight of the measuring

& glieds ergeben sich hohe Eigenfrequenzen und damit die Mög-& member result in high natural frequencies and thus the possibility

i:': lichkeit, große Verformungsgeschwindigkeiten und hohe Prüf-i: ': ability, high deformation speeds and high test

'^: frequenzen mit geringen Fehlern zu erfassen. Bedingt durch' ^: to record frequencies with minor errors. Due

i die kleinen Abmessungen, das geringe Gewicht und die niedrigei the small size, the light weight and the low one

_;! Federkonstante sind nur kleine Anpreßkräfte zur Befestigung _; ! Spring constants are only small pressing forces for fastening

;y, des Meßelements an der Probe erforderlich.; y, of the measuring element on the sample required.

i. Die Enden der elastischen Schenkel 2a,b sind so gestaltet,i. The ends of the elastic legs 2a, b are designed so

K daß der Anschluß von verschiedenen Arten von Verbindungsele-K that the connection of different types of connecting elements

menten möglich ist. Die Verbindungselemente können beispielsweise an die Schenkelenden angeschraubt werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, beispielsweise Bohrungen oder Durchgangslöcher 7a,b an den Schenkelenden vorzusehen. Mit Hilfe von unterschiedlich gestalteten Verbindungselementen läßt sich das Meßelement 1 beispielsweise in einen Ansetz- oder Anklemmdehnungsaufnehmer, Querdehnungs-, Rißaufweitungs- oder Längenänderungs-Aufnehmer umwandeln.ments is possible. The connecting elements can be screwed onto the leg ends, for example. For this it is only required, for example holes or through holes 7a, b to be provided at the leg ends. With the help of differently designed connecting elements the measuring element 1, for example, in a clip-on or clamp-on strain transducer, Transverse strain, crack expansion or elongation transducers convert.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ansetz-Dehnungsaufnehmer dargestellt. Das Federelement 1 ist mit Verbindungselementen I und II verschraubt. Anstelle der Verbindungselemente I und II, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Meßschneiden 11a,b ausgebildet sind, können auch andere Verbindungselemente (siehe Fig. 4 bis B) angebaut werden. Die Meßschneiden 11a,b werden mit Hilfe von Drahtfederbügeln 12a,b auf die Probe III gedrückt. Die Drahtfederbügel sind so gestaltet, daß sie gleichzeitig in Ausnehmungen 13a,b der Meßschneiden 11a,b und auf die Probe III geschoben werden können, so daß eine einfache Befestigung des Aufnehmers auf der Probe möglich ist. An der verstärkten Stelle 4a ist eine Schutzhaube B angeschraubt. Die Ausgänge der Dehnungsmeßstreifen 5a,b sind auf die Anflächungen Bb der verstärkten Stellen 4b geführt. An einer Anflächung 6b kann auf einfache Weise auch ein zur Meßeinrichtung führendes Kabel 9 angeordnet werden.In Fig. 2 and 3, a clip-on extensometer is shown. The spring element 1 is screwed to connecting elements I and II. Instead of the connecting elements I and II, which are in illustrated embodiment as measuring cutting edges 11a, b are formed, other connecting elements (see Fig. 4 to B) can be attached. The knife edges 11a, b are pressed onto sample III with the aid of wire spring clips 12a, b. The wire spring clips are designed so that they simultaneously in recesses 13a, b of the measuring blades 11a, b and on the sample III can be pushed so that the transducer can be easily attached to the sample. At the reinforced A protective cover B is screwed on at point 4a. The outputs of the strain gauges 5a, b are on the flats Bb of the reinforced places 4b out. A cable leading to the measuring device can also be attached to a flat 6b in a simple manner 9 can be arranged.

Zum Schutz des Dehnungsaufnehmers vor Überlastung durch zu große Meßwege sind an den Meßschneiden 11a,b z-förmig gestaltete Anschläge 14a,b angeschraubt (Fig. 3). Die Anschläge können auch eine andere geeignete Form aufweisen und z.B. l-¹ -förmig gestaltet sein.To protect the extensometer from being overloaded by excessively large measuring paths, Z-shaped stops 14a, b are screwed onto the measuring blades 11a, b (FIG. 3). The stops can also have some other suitable shape and can be designed, for example, L- ¹ -shaped.

Bei der elektrischen Messung von Werkstoffdehnungen muß die Meßbasis, d.h. der Abstand zwischen den Meßschneiden, vor Versuchsbeginn genau festgelegt werden. Hierzu tragen die Meßschneiden 11a,b Anflächungen 15a,b, deren Abstand zur Schneidenmitte exakt festgelegt ist. Zur Bestimmung der Meßbasis wird vor Versuchsbeginn ein Endmaß 16 zwischen die Anflächungen 15a,bFor the electrical measurement of material strains, the Measurement base, i.e. the distance between the measuring blades, before the start of the test can be precisely defined. For this purpose, the measuring blades 11a, b have flat surfaces 15a, b, their distance from the center of the cutting edge is precisely defined. To determine the measurement basis Before the start of the test, place a gauge block 16 between the flats 15a, b

geschoben. Eine Federklammer, die als federnder Tragbügel 17 ausgeführt ist, drückt die Meßschneiden 11a,b spielfrei gegen das Endmaß 16. Der Drahtbügel 17 liegt hierbei in Ausnehmungen 18a,b der Meßschneiden 11a,b. Der Drahtbügel 17 ist so gestaltet, daß er gleichzeitig als Halteelement für das Endmaß 16 benutzt werden kann. Er kann dazu beispielsweise in Ausnehmungen des Endmaßes 16 eingreifen (siehe Fig. 3) oder in einer anderen geeigneten Weise mit dem Endmaß 16 verbunden sein.pushed. A spring clip, which is designed as a resilient support bracket 17, presses the measuring blades 11a, b against play-free the final dimension 16. The wire bracket 17 lies in recesses 18a, b of the measuring blades 11a, b. The wire bracket 17 is designed so that it is used as a holding element for the gauge block 16 at the same time can be. For this purpose, it can, for example, engage in recesses in the gauge block 16 (see FIG. 3) or in another be connected to the gauge block 16 in a suitable manner.

In Fig. 4 ist bei einem RiBaufweitungsaufnehmer oder Anklemm-Dehnungsaufnehmer im wesentlichen die Ausführung und Anordnung der Verbindungselemente dargestellt. Das Meßelement mit den Schenkeln 2a,b ist nur teilweise dargestellt. Die Verbindungselemente I, II sind als Meßpfannen 21a,b ausgebildet, die Ausnehmungen 20a,b aufweisen. In diese Ausnehmungen greifen am zu prüfenden Bauteil angeordnete Gegenschneiden 22a,b ein. Anstelle der Gegenschneiden können an der Probe zweckentsprechend ausgebildete Anschlußelemente vorgesehen werden. Die Meßpfannen 21a,b weisen weiterhin Nuten 23 auf, in denen ein zweckentsprechend geformter Drahtfederbügel 24 angeordnet ist. Der Drahtfederbügel 24 drückt die Meßpfannen 21a,b auseinander und an die Gegenschneiden 22a,b. Die Anschläge 14a,b zum Schutz gegen Überlastungen entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3.In Fig. 4 is a RiB expansion transducer or clamp-on strain transducer essentially the design and arrangement of the connecting elements shown. The measuring element with the Legs 2a, b is only partially shown. The fasteners I, II are designed as measuring pans 21a, b which have recesses 20a, b. Reach into these recesses counter-blades 22a, b arranged on the component to be tested. Instead of the counter knives, you can use the specimen accordingly trained connection elements are provided. The measuring pans 21a, b also have grooves 23 in which an appropriate shaped wire spring clip 24 is arranged. Of the Wire spring clip 24 presses the measuring pans 21a, b apart and to the counter blades 22a, b. The attacks 14a, b to Protection against overloads corresponds to the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3.

Ein Querdehnungsaufnehmer nach Fig. 5 und 6 weist Verbindungselemente I, II mit einer Meßschneide 31, einer Halterung 32, einer Verstellschraube 33 und einem Meß kugel kopf 34 auf. Die Verbindungselemente I, II sina mit dem LJ-förmigen Federelement 1 an den Schenkeln 2a,b verschraubt, wobei wie in den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen Anschläge 14a,b zur Überlastsicherung vorgesehen sind. Mit Hilfe der Verstellschraube 33 kann der Meßkugelkopf 34 auf die Abmessungen der jeweiligen Probe III eingestellt werden. In Fig. 5 ist eine Probe mit größerem, in Fig. 6 eine solche mit kleinerem Durchmesser dargestellt .A transverse strain transducer according to FIGS. 5 and 6 has connecting elements I, II with a measuring blade 31, a holder 32, an adjusting screw 33 and a measuring ball head 34 on. the Connecting elements I, II sina with the LJ-shaped spring element 1 screwed to the legs 2a, b, stops 14a, b for overload protection, as in the exemplary embodiments already described are provided. With the aid of the adjusting screw 33, the measuring ball head 34 can be adjusted to the dimensions of the respective Sample III can be adjusted. FIG. 5 shows a sample with a larger diameter, and FIG. 6 shows one with a smaller diameter .

Zur Erzeugung der Anpreßkraft für die Vorrichtung ist ein Draht-To generate the contact pressure for the device, a wire

federbügel 35 vorgesehen. Der Federbügel ist in einer Ausnehmung 36 der Meßschneide 31 und an Bolzen 37a,b, die an der Halterung 32 befestigt sind, gelagert. Anstelle der Bolzen 37a,b können auch geeignet angeordnete Ausnehmungen an der Halterung 32 vorgesehen werden.spring clip 35 is provided. The spring clip is in a recess 36 of the knife edge 31 and mounted on bolts 37a, b, which are fastened to the holder 32. Instead of the bolt 37a, b can also suitably arranged recesses on the Bracket 32 are provided.

Zur exakten Halterung des Aufnehmers auf der Probe, besonders bei dynamischen Vorgängen, sind elastische Führungselemente 30 und 39 vorgesehen, die infolge ihrer Elastizität auch bei groBen Verformungen noch ehe einwandfreie Halterung des Aufnehmers auf der Probe ermöglichen. Die Führung 38 ist auf der Meßschneide 31 befestigt und trägt eine an die Probenform angepaßte Ausnehmung. Die Führung 39 ist zwischen dem Meßkugelkopf 34 und der Verstellschraube 33 befestigt und trägt ebenfalls eine Ausnehmung. Diese Ausnehmungen gestatten ein verdrehsicheres Befestigen des Aufnehmers bei Rundproben.For the exact mounting of the transducer on the sample, especially in dynamic processes, elastic guide elements 30 and 39 are provided, which due to their elasticity also with large deformations before the transducer is properly held allow on the sample. The guide 38 is attached to the cutting edge 31 and carries one to the specimen shape adapted recess. The guide 39 is attached between the measuring ball head 34 and the adjusting screw 33 and carries also a recess. These recesses allow the transducer to be secured against rotation in the case of round specimens.

Claims

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5.igg d

CARL SCHENCK AG

November 23, 1978

Device for measuring changes in length, deformations, Elongation, tension, etc. on materials and components

| ΐ Protection claims:

j-: 1. Device for measuring changes in length, deformation

Limitations, expansions, tensions, etc. on materials and construction

S-; share, with a bow-shaped measuring element, which consists of a

f · spring element is attached to the strain gauge

are arranged and with fasteners for connection

) ': of the measuring element with the materials to be tested or

j components, characterized in that the spring element

(1) U-shaped with straight element sections (legs 2a, b, cross connection 3 between the legs) and that the connection points between the element sections [2a, b, 3) are provided with flats Have reinforcements (4a, b).

! ■ 2. Device according to claim 1, characterized in that

that the free ends of the element sections (leg ends) for attaching interchangeable connecting elements (I, II), such as cutting or socket elements (11a, bj 21a, bj 31, 32) are provided.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the spring element (1) essentially as a one-piece, thin leaf spring element with two reinforced points is trained.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that

that at the free ends of the element sections (leg ends) Stops (14a, b) are arranged to limit the measuring path,

_ ■ Ό - ·■_ ■ Ό - · ■

t · ·
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5.1OD D

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the spring element (1) can be connected to the component to be tested CIII) via resilient fastening elements (12a, b; 24; 35) and that the resilient fastening elementB (12a, b; 24; 35 ) are arranged on the exchangeable connecting elements CI, II) and press them against the test body CHI).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the resilient fastening elements (12a, b; 24; 35) as Wire spring clips are formed.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the spring clips (12a, b) in bores (13a, b) with the Spring element (1) connected cutting elements (11a, b) intervention.

B. Apparatus according to claim B, characterized in that the spring clips (24, 35) are arranged in recesses (grooves) (23, 3B) of the connecting elements (I, II) and these apart or squeeze.

9. Apparatus according to claim 2, characterized in that the cutting elements (11a, b) on their inner sides opposing surfaces (15a, b) for the reception of end dimensions (16) and that the cutting elements (11a, b) can be pressed against the end dimensions (1B) with spring clips (17) are.

0. Apparatus according to claim 9, characterized in that the spring clips (17) as Hal elements for the gauge blocks (16) are formed.