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Vorrichtung zur Messung der Durchbiegung eines Prüfkörpers
Es ist bekannt,
die Dehnung eines in einer Prüfmaschine belasteten Zug-Druck-Stabes mittels der
sogenannten Martensschen Spiegelapparatur zu messen. Es handelt sich dabei um eine
Lichtzeigeranordnung, bei der der Strahlengang des Lichtzeiger über mehrere Ablenkspiegel
geleitet ist.
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Diese Ablenkspiegel führen bei Änderungen der Meßstrecke gegenläufige
Bewegungen aus, so daß die Ablenkung des Lichtzeigers vergrößert wird.
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Be!i der Messung der Durchbiegung eines auf Biegung beanspruchten
Prüfkörpers sind derartige Lichtzeigeranordnungen jedoch noch nicht veirwendet worden.
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Bei der Biegung eines Prüfkörpers liegen erheblich andere Verhältnisse
vor als bei der Zug- oder Druckbeanspruchung eines Prüfstabes. Die Durchbiegung
kann man einerseits aus der bei der Belastung auftretenden Neigungsänderung an zwei
Meßpunkten des Prüfkörpers abletten.
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Andererseits kann man aber auch davon aus gehen, daß, unabhängig
von den Neigungsänderungen, die eine (obere) Faser des Prüfkörpers auf Druck und
die andere (untere) Faser auf Zug beansprucht wirdl. Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß man beide Einflüsse der Biege belastung, nämlich die Neigungsänderung
und die verschiedene Beanspruchung der Fasern, gemein-
sam oder
einzeln durch eine geeignete Lichtzeiigeranordnung mit zwei Ablenkspiegeln erfassen
kann, wenn man erfindungsgemäß die Ablenkspiegel so anordnet, daß sie sich bei einer
Durchbiegung gegenläufig bewegen.
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Man kann dabei so vorgehen, daß man die Ablenkspiegel beiderseits
des Biegestempels, vorzugsweise symmetrisch zu diesem, auf die äußeren Fasern des
Prüfkörpers in geeigneter Weise aufsetzt und befestigt, so daß sie der Neigung der
Meßstelle bei der Durchbiegung des Prüfkörpers folgen.
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Will man jedoch die unterschiedliche Bean spruchung der Fasern bei
der Durchbiegung des Prüfkirpers erfassen, so kann das dadurch erreicht werden,
daß je ein an einem prismatischen Schneidenkörper angebrachter Ablenkspiegel mittels
eines mit einer Schneide versehenen Meßspeigels auf die obere und die untere Faser
des Prüfkörpers derart aufgesetzt ist, daß bei Druckbeanspruchung der einen und
bei Zugbeanspruchung der anderen Faser gegenläufige Auslenkungen der Ablenkspeigel
entstehen. Eine solche Anordnung der Ablenkspiegel ist ähnlich wie bei der Martensschen
Spiegelapparatur, weist jedoch den wesentlichen Unterschied auf, daß der meßbügel
eines der beiden Ablenkspiegel um 180° versetzt angebracht ist, so daß sich der
Drehsinn des einen Spiegels umkehrt.
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Ordnet man dabei die Ablenkspiegel mit ihren Meßbügeln beiderseits
des Biegestempels vorzugsweise symmetrisch zu diesem an, so erhält man eine Überlagerung
beider Einflüsse, da sich beide Ablenkspiegel dann sowohl unter dem Einfluß der
Neigung der Meßstelle als auch unter der Druck-bzw. Zugbeanspruchung der Fasern
gegenläufig verdrehen und somit eine besonders große Ablenkung des Lichtzeigers
bewirken.
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Man kann aber auch den Einfluß der Neigungsänderung ausschalten,
und zwar dadruch, daß die Ablenkspiegel einerseits des Biegestempels derart übereinander
angeordnet sind, daß der Schneidenkörper des einen Speigels über bzw. unter der
Meßbügelschneide des anderen Spiegels liegt. Bei einer solchen Anordnung verdrehen
sich beide Ablenkspiegel bei einer Neigung der Meßstelle im gleichen Sinne, so daß
sich die dadurch verursachten Ablenkwirkungen praktisch aufheben. Dagegen bleibt
bei dieser Anordnung jedoch die gegenläufige Spiegeldrehung erhalten, die durch
die Druck- bzw.
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Zugbeanspruchung der Fasern ausgelöst wird.
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Um eine von der Länge des Prüfkörpers unabhängige Lichtzeigermßvorrichtung
zu erhalten, wird zweckmäßigerweise eine den Lichtzeiger erzeugendes optisches Aggregat
mit der Skala des Lichtzeigers vereinigt frontal vor dem Prüfkörper angeordnet.
Man muß dann LIchtzeiger durch optische Mittel for dem ersten und hinter dem zweiten
Ablenkspiegel um etwa 90° knicken. Wenn man die Ablenkspiegel gegenüber ihren Schneideebenen
geneigt anordnet, können die Ablenkspiegel selbst die Knickung des Lichtzeigers
übernehmen.
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Die Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen
näher erläutert.
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Die Abb. 1 zeigt schematisch einen Prüfkörper 1, der von oben durch
einen Biegestempel 2 (oder eine Biegetraverse) auf Biegung beansprucht wird.
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Symmetrisch zum Biegestempel 2 sind auf die obere und untere Faser
des Prüfkörpers I prismatische Schneidenkörper 3, 4 aufgesetzt, die je mit einem
Ablenkspeigel 5, 6 auf unten näher dargestellte Weise starr verbunden sind. Auf
jedem der Schneidenkörper 3, 4 liegt ein mit einer Schneide versehener Meßbügel
7, 8 auf, deren Schneiden in kleine Kerben 7', 8' des Prüfkörpers 1 eingesetzt sind.
Durch Klammern 9, Io werden. die Meßbügel 7, 8 am Prüfkörper 1 gehalten. Ein von
unten auf den Spiegel 5 fallender Lichtzeiger 11 wird vom Spiegel 5 auf den Spiegel
4 reflektiert und von dort auf eine hier nicht dargestellte Lichtzeigerskala geworfen.
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Wird der Biegestempel 2 nach unten gedrückt, der Prükförper 1 also
auf Biegung beansprucht, so wird die obere Faser des Prüfkörpers 1 zusammengedrückt,
so daß sich die Meßstrecke zwischen 7' und 3 verkürzt. Das hat zur Folge, daß der
Schneidenkörper 3 mit dem Ablenkspiegel 5 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Zugleich
aber erfährt die Meßstelle durch die Biegung des Prüfkörpers 1 eine Neigung, der
der Ablenkspiegel 5 ebenfalls im Uhrzeigersinn folgt.
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Die unter Faser des Prüfkörpers 1, mithin auch die Meßstrecke zwischne
4 und 8', erfährt eine Dehnung. Dadurch wird der Ablenkspiegel 6 entgegen dem Uhrzeiger
verschwenkt. Auch die Neigung der M;eß'steile bewirkt eine Neigung des Spiegels
6 entgegen dem Uhrzeiger. Beide Spiegel 5 und 6 führen also gegenläufige Schwenkbewegungen
aus, die teils durch die Verkürzung bzw. Längung der Fasern, teils durch die Neigungen
der meßstellen hervorgerufen werden. Der Lichtzeiger 11 wird also relativ stark
von seiner Mittellage abgelenkt.
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Versetzt man den Meßbügel 8, wie in Abb. 2 dargestellt ist, um 180°,
so daß seine Schneide in der Kerbe 8" des Prüfkörpers 1 aufliegt, so wird bei einer
Längung der Meßstrecke 8"/4 der Spiegel 6 eine Schwenkung im Uhrzeigersinn ausführen,
sich also mit dem Spiegel 5 gleichsinnig bewegen. Das bedeutet aber, daß sich in
bezug auf die Ablenkung des Lichtzeigers 11 diese beiden Schwenkbewegungen der Speigel
5 und 6 praktisch aufheben, so daß der LIchtzeiger 11, wenn sich die Spiegel nicht
zusätzlich mit den Meßstellen neigen würden, keinen Ausschlag anzeigen würden. Man
erhält also bei dieser zuletzt beschriebenen Anordnung einen Lichtzeigerausschlag,
der nur von der Neigung der Me0stellen abhängig, aber von der unterschiedlichen
Beanspruchung der Fasern unbeeinflußt ist. Bei einer solchen Messung bracht man
übrigens gar keine Meßbügelbefestigung der beschriebenen Art. Man kann die Ablenkspiegel
5, 6 auch auf andere Weise am Prüfkörpers 1 befestigen.
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Verschiebt man die untere Spiegelanordnung 4, 6, 8, wie in Abb. 3
schematisch dargestellt ist, nach links so weit, bis die Schneidenkerbe 8' unter
dem
oberen Schneidenkörper 3 und der untere Schneidenkörper 4 unter
der Kerbe 7' liegt, so erhält man eine Meßvorrichtung, die unabhängig von der Neigung
der Meßstellen nur die unterschiedliche Beanspruchung der Fasern anzeigt. Man wird
dabei beide Meßbügel 7 und 8 mit derselben Klammer 9 am Prüfkörper 1 befestigen.
Es ist einleuchtend, daß auch bei dieser Anordnung, wie oben beschrieben, die Spiegel
5 und 6 gegenläufig verschwenkt werden, wenn sich die obere Meßstrecke 3, 7' verkürzt
und die untere Meßstrecke 4, Sfw deiint. Jedoch werden jetzt beide Spiegel 5, 6
bei Neigung gder Meßstellen im Uhrzeigersinn gekippt, wodurch nach dem Vorhergesagten
der Ausschlag des Lichtzeigers 11 unabhängig von der Neigung dfer Meßstellen wird.
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Die Abb. 4 zeigt in schematischer, schaubildlicher Darstellung ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung. An dem Prüfkörper 1 sind die an den Schneidekörpern
3, 4 befestigten Ablenkspiegel 5, 6 mittels der Meßbügel 7, 8 in der In Abb. 1 dargestellten
un zuerst geschilderten Weise angebracht. Der Lichtzeiger 11 wird von einer Glühlampe
14 und einer nicht dargestellten Optik erzeugt. Er fällt zunächst auf einen fest
angeordneten geneigten Spiegel 15, wird dort um etwa 90° nach oben abgeknickt und
über die Ablenkspiegel 5, 6 auf einen weiteren festen Spiegel 16 reflektiert, der
ihn dann auf eine Skala 17 wirft.
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Das aus LIchtquelle 14 und Optik bestehende Lichtzeigeraggregat ist
mit der Skala vereinigt und frontal vor dem Prüfkörper 1 angeordnet. Eine ähnliche
Anordnung ergibt sich, wenn man die festen Spiegel 15 und 16 weglassen, dafür aber
die Ablenkspiegel 5 und 6 gegenüber den Schneidekörpern 3, 4 geneigt anordnen würde.
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Die Abb. 5 und 5a zeigen in Einzelheiten den Aufbau eines der beiden
Ablenkspiegel 5 bzw. 6.
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Der Speigel 5 bzw. 6 ist in Spitzen 18, 18' in einer Gabel 19 gelagert,
die zwecks Justierung verdrehbar an dem Schneidenkörper 3 angebracht ist. Ein Handgriff
20, dessen Durchmesser kleiner ist als die Höhe des Schneidenkörpers 3, sorgt dafür,
daß der Schwerpunkt S des Spiegelaggregates etwa in der Mitte des Schneidenkörpers
3 liegt. Man kann also das Spiegelaggregat am Rande eines flachen Prüfkörpers aufsetzen,
ohne daß der Handgriff 20 dabei stört. Die zentrische Lage des Schwerpunktes S ist
aus naheliegenden Gründen für dynamische Messungen vorteilhaft. Zum Ausrichten des
Schneidenkörpers 3 ist eine Fahne 21 vorgeschen, deren Kante mit der Fläche des
unbelasteten Prüfkörpers fluchten muß.
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Die Abb. 6 stellt eine Ausführung der Lichtzeigervorrichtung dar.
Die Ableseskala 17 ist hier auf einer Skalenscheibe angebracht, die in einem Rahmen
23 verdrehbar gelagert ist. Während bei der In Abb. 4 gezeichneten ANordnung der
Lichtzeiger bei einer Belastung des Prüfkörpers in waagerechter Ebene auswandert,
die Skala I7 also waagerecht stehen muß, kann es vorkommen, daß die Ablenkspiegel
an einer geneigten oder senkrechten Fläche des Prüfkörpers angebracht werden müssen,
so daß der Lichtzeiger in einer entsprechenden Ebene auswandert. Man kann nun durch
Drehen der Skala 17 im Rahmen 23 die Skala für jede beliebige Ebene einstellen,
so daß man das Lichtzeigeraggregat universell anwenden kann.