JPH0643927B2 - 磁気弾性式力測定装置 - Google Patents
磁気弾性式力測定装置Info
- Publication number
- JPH0643927B2 JPH0643927B2 JP1139359A JP13935989A JPH0643927B2 JP H0643927 B2 JPH0643927 B2 JP H0643927B2 JP 1139359 A JP1139359 A JP 1139359A JP 13935989 A JP13935989 A JP 13935989A JP H0643927 B2 JPH0643927 B2 JP H0643927B2
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- Japan
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- layer
- measuring device
- compression ring
- measuring
- force measuring
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/127—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気弾性式力測定装置に関する。
小さな弾性力学的ヒステリシス特性を有し且つ磁歪特性
を有する金属製圧縮リングを持ち、この圧縮リングが測
定すべき力が与えられる互いに平行な端面を有し、同心
的に配置された励磁・測定コイルを支持しているような
磁気弾性式力測定装置は既に公知である(ドイツ連邦共
和国特許出願公開第2365937号公報参照)。かか
る力測定装置の場合、圧縮リングは中実リングとして形
成され、両側端面を連通する通路を有し、この通路を通
してコイルが導かれている。この場合例えば普通鋼、磁
石鋼あるいはフェライト鋼から成るリングの端面が測定
すべき圧縮力を与えられたとき、その結果として生ずる
圧縮リングの磁歪性材料の透過度の変化が、交流電流で
励磁されるコイルにおける交流電流抵抗を変化させ、の
変化量が端面に作用する圧縮力の大きさである。
を有する金属製圧縮リングを持ち、この圧縮リングが測
定すべき力が与えられる互いに平行な端面を有し、同心
的に配置された励磁・測定コイルを支持しているような
磁気弾性式力測定装置は既に公知である(ドイツ連邦共
和国特許出願公開第2365937号公報参照)。かか
る力測定装置の場合、圧縮リングは中実リングとして形
成され、両側端面を連通する通路を有し、この通路を通
してコイルが導かれている。この場合例えば普通鋼、磁
石鋼あるいはフェライト鋼から成るリングの端面が測定
すべき圧縮力を与えられたとき、その結果として生ずる
圧縮リングの磁歪性材料の透過度の変化が、交流電流で
励磁されるコイルにおける交流電流抵抗を変化させ、の
変化量が端面に作用する圧縮力の大きさである。
更に磁気弾性センサーを軸における回転トルクを測定す
るためあるいは力検出器として採用することも一般に知
られている(ドイツの技術雑誌「テヒニッシェス メッ
セン(計測技術)」1985年第5号の第189〜19
8頁、特に第192頁参照)。
るためあるいは力検出器として採用することも一般に知
られている(ドイツの技術雑誌「テヒニッシェス メッ
セン(計測技術)」1985年第5号の第189〜19
8頁、特に第192頁参照)。
本発明の目的は、単純な磁気弾性式力測定装置を、大き
な測定感度において良好に熱的誤差を補償するように形
成することにある。更に厳しい物理的および化学的条件
のもとでも連続運転できるように形成することにある。
な測定感度において良好に熱的誤差を補償するように形
成することにある。更に厳しい物理的および化学的条件
のもとでも連続運転できるように形成することにある。
本発明によればこの目的は、冒頭に述べた形式の力測定
装置において、圧縮リング内に同様に小さな弾性力学的
ヒステリシス特性を有し且つ磁歪特性を有する金属製引
張りブッシュが同心的に配置され、この引張りブッシュ
がその一端が環状フランジで圧縮リングのサポートに支
持されていない自由端面に接触支持され、他端に測定す
べき力を導入するための受容体を備えており、磁歪特性
が薄肉で均質な一様の軟磁性測定層によって形成され、
これらの測定層が一方では圧縮リングの外周面に設けら
れ他方では引張りブッシュの内周面に設けられており、
圧縮リングの励磁・測定コイルが環状コイルによって形
成され、圧縮リングの外周面における測定層上に配置さ
れ、引張りブッシュがその内部に同様に励磁・測定コイ
ルとして形成された環状コイルを有し、この環状コイル
が引張りブッシュの内周面における測定層上に配置さ
れ、前記両方の環状コイルが誘導半ブリッジ回路の形に
結線され、差動インダクタンスを発生し評価するために
電子装置に接続されていることによって達成される。
装置において、圧縮リング内に同様に小さな弾性力学的
ヒステリシス特性を有し且つ磁歪特性を有する金属製引
張りブッシュが同心的に配置され、この引張りブッシュ
がその一端が環状フランジで圧縮リングのサポートに支
持されていない自由端面に接触支持され、他端に測定す
べき力を導入するための受容体を備えており、磁歪特性
が薄肉で均質な一様の軟磁性測定層によって形成され、
これらの測定層が一方では圧縮リングの外周面に設けら
れ他方では引張りブッシュの内周面に設けられており、
圧縮リングの励磁・測定コイルが環状コイルによって形
成され、圧縮リングの外周面における測定層上に配置さ
れ、引張りブッシュがその内部に同様に励磁・測定コイ
ルとして形成された環状コイルを有し、この環状コイル
が引張りブッシュの内周面における測定層上に配置さ
れ、前記両方の環状コイルが誘導半ブリッジ回路の形に
結線され、差動インダクタンスを発生し評価するために
電子装置に接続されていることによって達成される。
本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲の実施態様項
に記載されている。
に記載されている。
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明
する。
する。
図面に示した磁気弾性式力測定装置1は、それぞれ金属
製圧縮リング2および金属製引張りブッシュ3から構成
され、これらの圧縮リング2および引張りブッシュ3は
それぞれ小さな弾性力学的ヒステリシス特性を有してい
る。
製圧縮リング2および金属製引張りブッシュ3から構成
され、これらの圧縮リング2および引張りブッシュ3は
それぞれ小さな弾性力学的ヒステリシス特性を有してい
る。
圧縮リング2はポット状に形成され、環状フランジ状の
端面2.1、薄肉のスリーブ部分2.2および底としての端面
2.3を有している。同様に引張りブッシュ3もポット状
に形成され、環状フランジ3.1、薄肉のスリーブ部分3.2
および底部分としての受容体3.3を有している。その受
容体3.3は力を導入するためにボルト4に接続できる。
引張りブッシュ3は圧縮リング2に対して次のように寸
法づけられている。即ち一方では環状フランジ3.1が支
持体としておよび心出しするために端面2.1に接触し受
容体3.3の端面3.3.1が端面2.3の底面2.3.1に対して所定
の間隔aを有し、他方では圧縮リング2のスリーブ部分
2.2の中に同心的にはめ込まれた引張りブッシュ3のス
リーブ部分3.2の外周面と圧縮リング2のスリーブ部分
2.2の内周面との間に例えば0.5〜2mmの小さな間隔が存
在するように寸法づけられている。
端面2.1、薄肉のスリーブ部分2.2および底としての端面
2.3を有している。同様に引張りブッシュ3もポット状
に形成され、環状フランジ3.1、薄肉のスリーブ部分3.2
および底部分としての受容体3.3を有している。その受
容体3.3は力を導入するためにボルト4に接続できる。
引張りブッシュ3は圧縮リング2に対して次のように寸
法づけられている。即ち一方では環状フランジ3.1が支
持体としておよび心出しするために端面2.1に接触し受
容体3.3の端面3.3.1が端面2.3の底面2.3.1に対して所定
の間隔aを有し、他方では圧縮リング2のスリーブ部分
2.2の中に同心的にはめ込まれた引張りブッシュ3のス
リーブ部分3.2の外周面と圧縮リング2のスリーブ部分
2.2の内周面との間に例えば0.5〜2mmの小さな間隔が存
在するように寸法づけられている。
第1図における実施例において、圧縮リング2並びに引
張りブッシュ3は非磁性の弾性特殊鋼から成っており、
これは磁歪特性を与えるために薄肉で均質の一様な軟磁
性測定層2.4ないし3.4を備えている。この場合測定層2.
4は圧縮リング2のスリーブ部分2.2の外周面2.2.1に設
けられ、測定層3.4は引張りブッシュ3のスリーブ部分
3.2の内周面3.2.1に設けられている。
張りブッシュ3は非磁性の弾性特殊鋼から成っており、
これは磁歪特性を与えるために薄肉で均質の一様な軟磁
性測定層2.4ないし3.4を備えている。この場合測定層2.
4は圧縮リング2のスリーブ部分2.2の外周面2.2.1に設
けられ、測定層3.4は引張りブッシュ3のスリーブ部分
3.2の内周面3.2.1に設けられている。
これに対して第2図の実施例において、圧縮リング2並
びに引張りブッシュ3は部分磁性材料あるいは磁性材料
から成っている。この場合第1図の実施例と異なって、
圧縮リング2に磁歪特性を与える測定層2.4は、スリー
ブ部分2.2の外周面2.2.1に設けられた非軟磁性非磁歪性
の中間層2.5の上に設けられており、引張りブッシュ3
に磁歪特性を与える測定層3.4は、スリーブ部分3.2の内
周面3.2.1に設けられた非軟磁性非磁歪性の中間層3.5の
上に設けられている。その場合これらの中間層2.5,3.5
は、圧縮リング2および引張りブッシュ3の固有磁気を
これらの中間層2.5,3.5を介してそれぞれ磁気的に短絡
する目的を有している。
びに引張りブッシュ3は部分磁性材料あるいは磁性材料
から成っている。この場合第1図の実施例と異なって、
圧縮リング2に磁歪特性を与える測定層2.4は、スリー
ブ部分2.2の外周面2.2.1に設けられた非軟磁性非磁歪性
の中間層2.5の上に設けられており、引張りブッシュ3
に磁歪特性を与える測定層3.4は、スリーブ部分3.2の内
周面3.2.1に設けられた非軟磁性非磁歪性の中間層3.5の
上に設けられている。その場合これらの中間層2.5,3.5
は、圧縮リング2および引張りブッシュ3の固有磁気を
これらの中間層2.5,3.5を介してそれぞれ磁気的に短絡
する目的を有している。
測定層2.4,3.4は微細結晶金属あるいはアモルファス金
属から成り、特に7重量%以下で燐を含有し厚みが10
0μmあるいはそれ以下の化学的および物理的に最適化
されたNiPx層から成っている。測定層2.2,3.4はそ
れを機械的あるいは化学的な損傷から保護するために、
非軟磁性非磁歪性の密封層2.4.1ないし3.4.1で密封もで
きる。これらの密封層2.4.1ないし3.4.1は12重量%以
上で燐を含有するNiPx層から成っている。これらす
べての層はそれらの基板の上に化学的あるいは電気的に
単純で安価な付着方法で付着され、その場合好適には良
好な接着性、一様性および均質性が得られることから化
学的な付着方法が利用される。
属から成り、特に7重量%以下で燐を含有し厚みが10
0μmあるいはそれ以下の化学的および物理的に最適化
されたNiPx層から成っている。測定層2.2,3.4はそ
れを機械的あるいは化学的な損傷から保護するために、
非軟磁性非磁歪性の密封層2.4.1ないし3.4.1で密封もで
きる。これらの密封層2.4.1ないし3.4.1は12重量%以
上で燐を含有するNiPx層から成っている。これらす
べての層はそれらの基板の上に化学的あるいは電気的に
単純で安価な付着方法で付着され、その場合好適には良
好な接着性、一様性および均質性が得られることから化
学的な付着方法が利用される。
一方では圧縮リング2の外周面2.2.1における測定層2.4
の上に環状コイル2.6が配置され、これは力測定装置1
を収容するハウジング7の底に対して適当なスペーサ5
によって支持されている。他方では引張りブッシュ3の
内部にその内周面3.2.1に設けられた測定層3.4に環状コ
イル3.6が配置されている。この環状コイル3.6は適当な
スペーサ6によって受容体3.3に支持されている。これ
らの環状コイル2.6,3.6のコイル両端2.6.1,2.6.2および
3.6.1,3.6.2は第3図における誘導半ブリッジ回路8の
形に接続され、プラグ9を介してハウジング7から引き
出されている。そのプラグ9には差動インダクタンスを
発生し評価するための電子装置10,10.1が接続でき
る。
の上に環状コイル2.6が配置され、これは力測定装置1
を収容するハウジング7の底に対して適当なスペーサ5
によって支持されている。他方では引張りブッシュ3の
内部にその内周面3.2.1に設けられた測定層3.4に環状コ
イル3.6が配置されている。この環状コイル3.6は適当な
スペーサ6によって受容体3.3に支持されている。これ
らの環状コイル2.6,3.6のコイル両端2.6.1,2.6.2および
3.6.1,3.6.2は第3図における誘導半ブリッジ回路8の
形に接続され、プラグ9を介してハウジング7から引き
出されている。そのプラグ9には差動インダクタンスを
発生し評価するための電子装置10,10.1が接続でき
る。
本発明に基づく力測定装置は次のように作用する。
全体がサポート11の上に配置され支持されている力測
定装置1の引張りブッシュ3にボルト4を介して引張力
あるいは圧縮力Fが導入されると、引張りブッシュ3の
スリーブ部分3.2およびこれと共に測定層3.4が変形され
る。そのひずみ(+δ)は(磁気弾性結合に基づいて)
磁歪性測定層3.4において磁気透過率を変化させ、この
磁気透過率は電子装置10(例えば搬送波・周波数・ハ
イブリッドモジュール)を介して一定して励磁される環
状コイル3.6によってインダクタンス変化δL=Lo+
ΔL(+δ)に変換される。サポート11上にある圧縮
リング2の端面2.1に引張りブッシュ3がその環状フラ
ンジ3.1を介して支持されているので、圧縮リング2は
圧縮力に曝される。そのようにして発生された圧縮応力
(−δ)は(磁気弾性結合に基づいて)磁歪性測定層2.
4において同様に磁気透過率の変化を生ずる。この磁気
透過率は電子装置10を介して一定して励磁された環状
コイル2.6によってインダクタンス変化δL=Lo−Δ
L(−δ)に変換される。両方の環状コイル2.2,3.6は
第3図におけるように誘導半ブリッジ回路8の形に結線
されているので、熱的誤差を補償した状態において測定
効果を倍増でき、従って全体として力Fは非常に正確に
求められる。
定装置1の引張りブッシュ3にボルト4を介して引張力
あるいは圧縮力Fが導入されると、引張りブッシュ3の
スリーブ部分3.2およびこれと共に測定層3.4が変形され
る。そのひずみ(+δ)は(磁気弾性結合に基づいて)
磁歪性測定層3.4において磁気透過率を変化させ、この
磁気透過率は電子装置10(例えば搬送波・周波数・ハ
イブリッドモジュール)を介して一定して励磁される環
状コイル3.6によってインダクタンス変化δL=Lo+
ΔL(+δ)に変換される。サポート11上にある圧縮
リング2の端面2.1に引張りブッシュ3がその環状フラ
ンジ3.1を介して支持されているので、圧縮リング2は
圧縮力に曝される。そのようにして発生された圧縮応力
(−δ)は(磁気弾性結合に基づいて)磁歪性測定層2.
4において同様に磁気透過率の変化を生ずる。この磁気
透過率は電子装置10を介して一定して励磁された環状
コイル2.6によってインダクタンス変化δL=Lo−Δ
L(−δ)に変換される。両方の環状コイル2.2,3.6は
第3図におけるように誘導半ブリッジ回路8の形に結線
されているので、熱的誤差を補償した状態において測定
効果を倍増でき、従って全体として力Fは非常に正確に
求められる。
更に全測定範囲を利用する場合、引張りブッシュ3の端
面3.3.1が圧縮リング2の底面2.3.1の上に接するように
間隔aが決められていることによって、力測定装置1を
過負荷から簡単に保護することができる。
面3.3.1が圧縮リング2の底面2.3.1の上に接するように
間隔aが決められていることによって、力測定装置1を
過負荷から簡単に保護することができる。
第1図は本発明に基づく力測定装置の第1の実施例の概
略構成図、第2図は本発明に基づく力測定装置の第2の
実施例の概略構成図、第3図は第1図および第2図にお
ける環状コイルの結線回路図である。 1……力測定装置 2……圧縮リング 2.1……端面 2.2……スリーブ部分 2.2.1……外周面 2.4……測定層 2.5……中間層 2.6……環状コイル 3……引張りブッシュ 3.1……環状フランジ 3.2……スリーブ部分 3.2.1……内周面 3.3……受容体 3.4……測定層 3.5……中間層 3.6……環状コイル 7……ハウジング 11……サポート
略構成図、第2図は本発明に基づく力測定装置の第2の
実施例の概略構成図、第3図は第1図および第2図にお
ける環状コイルの結線回路図である。 1……力測定装置 2……圧縮リング 2.1……端面 2.2……スリーブ部分 2.2.1……外周面 2.4……測定層 2.5……中間層 2.6……環状コイル 3……引張りブッシュ 3.1……環状フランジ 3.2……スリーブ部分 3.2.1……内周面 3.3……受容体 3.4……測定層 3.5……中間層 3.6……環状コイル 7……ハウジング 11……サポート
Claims (12)
- 【請求項1】小さな弾性力学的ヒステリシス特性を有し
且つ磁歪特性を有する金属製圧縮リングを持ち、この圧
縮リングが測定すべき力が与えられる互いに平行な端面
を有し、同心的に配置された励磁・測定コイルを支持し
ているような磁気弾性式力測定装置において、 圧縮リング(2)内に同様に小さな弾性力学的ヒステリ
シス特性を有し且つ磁歪特性を有する金属製引張りブッ
シュ(3)が同心的に配置され、この引張りブッシュ
(3)がその一端が環状フランジ(3.1)で圧縮リング
(2)のサポート(11)に支持されていない自由端面
(2.1)に接触支持され、他端に測定すべき力(F)を
導入するための受容体(3.3)を備えており、磁歪特性
が薄肉で均質な一様の軟磁性測定層(2.4;3.4)によっ
て形成され、これらの測定層(2.4;3.4)が一方では圧
縮リング(2)の外周面(2.2.1)に設けられ他方では
引張りブッシュ(3)の内周面(3.2.1)に設けられて
おり、圧縮リング(2)の励磁・測定コイルが環状コイ
ル(2.6)によって形成され、圧縮リング(2)の外周
面(2.2.1)における測定層(2.4)上に配置され、引張
りブッシュ(3)がその内部に同様に励磁・測定コイル
として形成された環状コイル(3.6)を有し、この環状
コイル(3.6)が引張りブッシュ(3)の内周面(3.2.
1)における測定層(3.4)上に配置され、前記両方の環
状コイル(2.6;3.6)が誘導半ブリッジ回路(8)の形
に結線され、差動インダクタンスを発生し評価するため
に電子装置(10,10.1)に接続されていることを特徴
とする磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項2】圧縮リング(2)並びに引張りブッシュ
(3)が、小さな弾性力学的ヒステリシス特性を有する
非磁性の弾性特殊鋼から成っていることを特徴とする請
求項1記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項3】圧縮リング(2)並びに引張りブッシュ
(3)が少なくとも部分磁性材料から成り、測定層(2.
4)と圧縮リング(2)の外周面(2.2.1)との間並びに
測定層(3.4)と引張りブッシュ(3)の内周面(3.2.
1)との間にそれぞれ円周面上に、非軟磁性非磁歪性の
中間層(2.5;3.5)が設けられていることを特徴とする
請求項1記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項4】測定層(2.4;3.4)が微細結晶金属から成
っていることを特徴とする請求項1記載の磁気弾性式力
測定装置。 - 【請求項5】測定層(2.4;3.4)がアモルファス金属か
ら成っていることを特徴とする請求項1記載の磁気弾性
式力測定装置。 - 【請求項6】測定層(2.4;3.4)が、7重量%以下で燐
を含有し100μm以下の厚みを有する化学的および物
理的に最適化されたNiPx層から成っていることを特
徴とする請求項4記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項7】測定層(2.4;3.4)が化学的付着方法で設
けられていることを特徴とする請求項4記載の磁気弾性
式力測定装置。 - 【請求項8】測定層(2.4;3.4)が電気的付着方法で設
けられていることを特徴とする請求項4記載の磁気弾性
式力測定装置。 - 【請求項9】測定層(2.4;3.4)が非磁性非磁歪性の密
封層(2.4.1;3.4.1)によって密封されていることを特
徴とする請求項1記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項10】密封層(2.4.1;3.4.1)が12重量%以
上の燐を含有するNiPx層から成っていることを特徴
とする請求項9記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項11】引張りブッシュ(3)の受容体(3.3)
の端面(3.3.1)が圧縮リング(2)の端面(2.3)の底
面(2.3.1)に対して所定の間隔(a)を有しているこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気弾性式力測定装置。 - 【請求項12】構造部品全部がハウジング(7)内に配
置されていることを特徴とする請求項1記載の磁気弾性
式力測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3819083.4 | 1988-06-04 | ||
DE3819083A DE3819083A1 (de) | 1988-06-04 | 1988-06-04 | Magnetoelastische kraftmessvorrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0227229A JPH0227229A (ja) | 1990-01-30 |
JPH0643927B2 true JPH0643927B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=6355883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1139359A Expired - Lifetime JPH0643927B2 (ja) | 1988-06-04 | 1989-06-02 | 磁気弾性式力測定装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4955241A (ja) |
JP (1) | JPH0643927B2 (ja) |
DE (1) | DE3819083A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE9102120D0 (sv) * | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Skf Nova Ab | Surveillance system |
SE9102121D0 (sv) * | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Skf Nova Ab | Sensor system |
DE4238863C2 (de) * | 1992-01-30 | 1994-09-29 | Daimler Benz Ag | Vorrichtung zur Messung mechanischer Spannungszustände in Bauteilen |
DE4233691C2 (de) * | 1992-10-04 | 1995-06-29 | Soeren Richter | Magnetoelastischer Kraftaufnehmer |
US5437197A (en) * | 1993-08-20 | 1995-08-01 | The Board Of Governors Of Wayne State University | Magnetostrictive sensor structures |
DE19611189C2 (de) * | 1996-03-21 | 2000-11-23 | Daimler Chrysler Ag | Magnetoelastischer Druckaufnehmer |
DE19623741A1 (de) * | 1996-06-14 | 1997-12-18 | Wittenstein Motion Contr Gmbh | Einrichtung zur Erfassung und Auswertung der auf einen Spindeltrieb einwirkenden Betriebskraft |
EP0970354B1 (en) * | 1997-03-28 | 2003-08-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of making integral magnetoelastic transducer |
DE19749907C1 (de) * | 1997-11-11 | 1999-10-14 | Suspa Spannbeton Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Zug- oder Druckspannungen in einem ferromagnetischen Element, insbesondere einem Spann-, Zug- oder Druckglied für das Bauwesen |
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