Elektrischer Dehnungsmesser für die Materialprüfung an Probestäben
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Dehnungsmesser für die Materialprüfung an Probestäben mit zwei in Querrichtung seitlich am Probestab befestigten Konsolen, zwei Führungen, mit denen die Konsolen in Längsrichtung des Probe stabes parallel geführt werden, und einem zwei relativ zueinander bewegliche Bauelemente aufweisenden Dehnungsgeber, der zwischen den Konsolen befestigt ist.
Materialprüfungen zur Bestimmung physikalischer Eigenschaften von Baustoffen, zum Beispiel der Feststellung der Proportionalitätsgrenze, der Fliessgrenze und des Elastizitätsmoduls werden in ständig grösserem Masse in der Industrie angewandt, um eine weitgehende Normung von Baumaterial für immer kompliziertere und fortschrittlichere technische Konstruktionen, deren physikalische Eigenschaften mehr und mehr ausgenutzt werden, zu ermöglichen. Bei der Materialprüfung z.B. für die Luftfahrttechnik und auch in reinen Prüflabors werden Stoffe sehr unterschiedlicher Art und Ausbildung geprüft und dabei besonders hohe Anforderungen an die Dehnungs-Messgenauigkeit gestellt.
Dehnungsmesser für solche Aufgaben sollen Längen änderungen sowohl bei Zug als auch bei Druck feststellen können, sich auf unterschiedliche Messlängen einstellen lassen, auf dem Probestab verbleiben können, ohne beim Bruch des Stabes beschädigt zu werden, und in der Lage sein, Dehnungen bis zu 15 oder 20 % zu erfassen.
Ferner wird von Dehnungsmessern gefordert, dass sie verlässlich und robust, leicht auf runde oder flache Probestäbe aufsetzbar und abnehmbar und leicht und genau auf verschiedene Messlängen einstellbar sind. Ein Dehnungsmesser soll ein geringes Gewicht haben, so dass er auch bei dünnen Probestücken verwendbar ist und eine Längenkompensation vornehmen kann, wenn das Probestück möglicherweise anfänglich eine Biegung hatte. Es ist weiterhin erwünscht, dass der Dehnungsmesser sich für verschiedene elektrische Messverfahren einsetzen lässt, um auf diese Weise unterschiedliche Messgenauigkeiten zu erzielen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Dehnungsmessers, der alle vorerwähnten Forderungen erfüllt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Führungen aus zwei teleskopartig ineinander geführten, an den Konsolen befestigten Hülsen bestehen und dass die Bauelemente des Dehnungsge- bers innerhalb der Hülsen so angeordnet sind, dass bei Bruch des Probestabes die Hülsen zusammen mit den in ihnen angeordneten Geberbauelementen auseinanderbewegt und von einander getrennt werden können, wobei vorzugsweise die Hülsen mit sich in Längsrichtung erstreckenden Führungsflächen drehfest ineinander geführt sind und die Führungsflächen der einen Führung mit den Führungsflächen der anderen Führung des gleichen Führungspaares einen Winkel von vorzugsweise 900 bilden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemässen Dehnungsmessers als Teil einer elektrischen Längenmesseinrichtung, welche auf einen Zug Probestab aufgesetzt ist, der sich in den Klemmbacken einer Zug-Prüfmaschine befindet, in Verbindung mit einem schematisch dargestellten elektronischen Aufzeichnungsgerät,
Fig. 2 und 3 Schnitte durch den Dehnungsmesser gemäss der Schnittlinien II-II und III-III der Fig. 1 und
Fig. 4, 5 und 6 Schnitte gemäss der Schnittlinie IV-IV der Fig. 1 zur Erläuterung von drei verschiedenen Arten einer Lagerung unterschiedlich ausgebildeter, auf Zug ansprechender Geber für den erfindungsgemässen Dehnungsmesser.
Die in der Zeichnung dargestellte Zug-Prüfmaschine besteht aus einem oberen Zugjoch 1, einer unteren Einspannung 2 und einer mittleren Einspannung 3, die an dem oberen Joch 1 mit einem Dynamometer 4 aufge hängt ist. Zum Dynamometer gehört ein langgestreckter Messkörper 5, der in seinem mittleren Teil einen rechtekkigen Querschnitt hat. Dieser Messkörper ist mit Gewindebolzen 6 und 7 in mit Innengewinde versehene Halterungen 8 und 9 eingeschraubt. An den flachen Seiten des Messkörpers 5 sind in der Nähe der Längsmittelebene zwei Zugdraht-Übertrager 10 befestigt. Die obere Halterung 8 des Dynamometers 4 ist mit einem sphärischen Gleitlager versehen, in dem sich eine Achse 11 befindet, deren Enden sich in zwei Bohrungen 12 einer das obere Joch 1 umgebenden Kappe 13 befinden.
Zum Schutz des Zugdraht-Übertragers 10 ist der Messkörper 5 von einer Hülse 14 umgeben, die am unteren Gewindebolzen 7 befestigt ist. Die untere Halterung 9 ist mit der mittleren Einspannung 3 über eine Achse 16 verbunden, die in Lageraugen 15 der Einspannung 3 ruht. Zwischen der unteren Ein spannung 2 und der mittleren Ein spannung 3 ist ein Probestab 17 befestigt, an dem sich ein erfindungsgemässer Dehnungsmesser befindet. Zum Dehnungsmesser gehören zwei Konsolen 19 und 20, die quer zum Probestab ausgerichtet sind und jeweils aus einem festen Backen 21 und 22 und einem beweglichen Backen 23 und 24 bestehen. Die Backen 23 und 24 sind auf mit den festen Backen 21 bzw. 22 verbundenen Leitstangen 25 verschiebbar und können gegen die letzteren mit nicht dargestellten Druckfedern gedrückt werden.
Die Druckfedern befinden sich in teleskopartig verschiebbaren Hülsen 26 und 27, welche einander und die Leitstange 25 umgeben. Die beweglichen und festen Backen der Konsolen sind mit konvexen Schneidkanten 28 versehen, die den Probestab von gegenüberliegenden Seiten beaufschlagen. Um einen guten Sitz bei runden Probestäben zu erzielen, werden die Schneidkanten 28 gegebenenfalls gegen drei kreisförmige Schneiden ausgetauscht, von denen zwei an der einen Konsole und die dritte an der anderen Konsole vorgesehen sind. Die Konsolen sind in einem zuvor genau festgelegten Abstand voneinander festgesetzt; dieser Abstand ist die Messlänge.
Dies geschieht mit einem Messlängeneinsteller, zu dem eine Lasche 29 gehört, die am einen Ende auf der einen Leitstange 25 verschwenkbar gelagert ist, während ihr anderes Ende eine Ausnehmung 30 aufweist, die vom Schwenkpunkt der Messlänge entsprechend entfernt ist und mit der Abmessung der Leitstange 25 der anderen Konsole übereinstimmt. Im angeklappten Zustand werden dann die Konsolen entsprechend der gewünschten Messlänge auf Abstand gehalten.
Um die Konsolen entsprechend der Dehnungsrichtung parallel zum Probestab zu führen, ist der Dehnungsmesser mit zwei Führungen 31 versehen, die jeweils aus zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Hülsen 32 und 33 bestehen, die einen engen Sitz miteinander haben und an den festen Backen 21, 22 bzw. den beweglichen Backen 23, 24 der Konsolen befestigt sind und sich zwischen ihnen zusammenschieben oder auseinanderbewegen lassen. Die innere Hülse 32 besteht aus einem Material, welches gegenüber der äusseren Hülse 33 eine geringe Reibung hat und zur gleichen Zeit auch für eine gute Wärmeisolierung sorgt; sie kann beispielsweise aus Tetrafluoräthylen-Kunststoff bestehen. Um die Parallelführung so wirksam und stabil wie möglich zu machen, sind die Hülsen jeder Führung drehfest ineinander geführt.
Zu diesem Zweck weisen die inneren Hülsen 32 jeweils an gegenüberliegenden Seiten zwei sich in Längsrichtung erstreckende Flachstellen 34 auf, die so ausgerichtet sind, dass die Flachstellen der einen Führung mit den Flach stellen der anderen Führung einen Winkel von 900 einschliessen. Die äusseren Hülsen 33 haben Flachstellen 35, die den Flachstellen 34 entsprechen und aus inneren Vorsprüngen am offenen Ende der Hülse bestehen. Die zwei elektrischen auf Zug ansprechenden Geber des Dehnungsmessers bestehen aus jeweils zwei zusammenwirkenden und relativ zueinander beweglichen Bauelementen. Diese Bauelemente befinden sich innerhalb der Führungshülsen, so dass sie bestmöglich gegen eine unbeabsichtigte Betätigung geschützt sind.
Diese Geber Bauelemente sind in den entsprechenden Hülsen auswechselbar gelagert, um wahlweise induktiv, kapazitiv oder resistiv arbeitende Dehnungsgeber verwenden zu können.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen schematisch, wie drei solcher Geber innerhalb der Führungshülsen 32 und 33 angeordnet werden können.
Fig. 4 zeigt einen induktiv arbeitenden Dehnungsgeber, dessen eines Bauelement, eine Spule 36, sich in der inneren Hülse 32 befindet und dort mit einem Ring 37 gehalten wird, der mit Schrauben 38 am inneren Ende der Hülse befestigt ist. Das andere Bauelement des Übertragers ist ein Eisenkem 39, der am einen Ende an einer Stange 40 befestigt ist. Das äussere Ende der Stange 40 ist durch eine Öffnung am Boden der äusseren Hülse 33 hindurchgeführt und kann dort mit zwei Muttern 41 in Längsrichtung gegenüber der Hülse und damit auch gegenüber der Spule 36 verstellt werden. Eine Kontaktträgerplatte 42 aus Isolierstoff trägt eine Anzahl von Kontaktstiften 43, die über Leiter 44 mit dem Dehnungsgeber und, wie Fig. 1 zeigt, über Leitungen 45 und 46 mit dem anderen Dehnungsgeber und einem Steuergerät verbunden sind.
Das Steuergerät ist an ein elektronisches Aufzeichnungsgerät in Form eines netzbetriebenen Kurvenschreibers 47 angeschlossen. Die Kontaktstifte 43 sind mit einer Schutzkappe 49 überdeckt.
Fig. 5 zeigt schematisch, wie die beiden zusammenarbeitenden Bauelemente eines kapazitiv arbeitenden Dehnungsgebers in den Führungshülsen 32, 33 des Dehnungsmessers angeordnet werden. Der eine Bauteil 50 wird in der inneren Hülse 32 genau wie beim induktiv arbeitenden Geber mit einem Ring 37 und Schrauben 38 befestigt. Der andere Bauteil 51 ist in der äusseren Hülse 33 mit zwei Sprengringen 52 gehalten, die einen Flansch 53 des Bauteils einspannen und in zwei entsprechenden Ringnuten der Hülse halten. Die Leiter 45, 46 verbinden die zwei Dehnungsgeber des Dehnungsmessers miteinander und mit dem Steuergerät 48.
Schliesslich zeigt Fig. 6 schematisch, wie die zusammenwirkenden Bauteile in den Führungshülsen 32 und 33 des Dehnungsmessers angeordnet sind. Der eine Bauteil 54 ist in der inneren Hülse 32 mit den zuvor beschriebenen Befestigungsmitteln 37, 38 gelagert. Der andere Bauteil wird mit der beim Dehnungsmesser der Fig. 4 schon beschriebenen Befestigungsstange 40 am Boden der äusseren Hülse 33 gehalten. Die Leiter 45 und 46 verbinden die zwei Dehnungsgeber des Dehnungsmessers miteinander und mit dem Steuergerät 48.
Das mit dem Kurvenschreiber 47 über Leitungen 55 und 56 verbundene Steuergerät 48 enthält Anschlussklemmen für ein elektrisches Wechselstromnetz und wandelt den Wechselstrom des Netzes in einen stabilisierten Gleichstrom um. Ein Lastwählschalter 58 ist über Leitungen 59 mit dem Zugdraht-Übertrager des Dynamometers 4 verbunden. Ein Wählschalter 60 ermöglicht in bezug auf die ausgewählte Messlänge den Vergrösserungsfaktor des Kurvenschreibers 47 einzustellen. Um den erfindungsgemässen elektrisch betriebenen Deh nungsmesser innerhalb eines grossen Arbeitsbereiches möglichst wirkungsvoll einsetzen zu können, kann er mit einer Anzahl von Dynamometern für verschiedene Lastbereiche versehen werden, z.B. für maximale Lasten von 0,1, 1, 2, 5 und 10 Mp.
Mit Hilfe des Lastwählschalters 58 können für jedes Dynamometer drei Bereiche ausgewählt werden, beispielsweise 10 bis 20%, 50% und 100 % der maximalen Belastung des entsprechenden Dynamometers, die dann in dem Leistungsaufzeichnungsbereich des Kurvenschreibers voll zur Auswertung kommen. Die eine Hälfte des Dehnungsmessers, zweckmässigerweise die eine Hälfte, zu der die äusseren Hülsen 33 gehören, kann gegen einen entsprechenden Bauteil ausgetauscht werden, an dem die Konsolen 23 und 24 näher am offenen Ende der äusseren Hülsen liegen, so dass gegenüber der in den Zeichnungen dargestellten Messlänge eine kürzere Messlänge zur Verfügung steht.
Hierdurch erhält das Gerät eine Messlängeneinstellbarkeit auf eine kürzere Messlänge.
Die Zugprüfung eines Probestabes, bei der die Dehnung des Probestabes mit einem erfindungsgemässen Dehnungsmesser aufgezeichnet wird, geschieht wie folgt:
In das obere Zugjoch der Zugprüfmaschine wird ein Dynamometer 4 eingesetzt, das entsprechend den Abmessungen des Probestabes dimensioniert ist. An diesem Dynamometer wird die mittlere Einspannung 3 befestigt und daran dann das obere Ende des Probestabes 17 eingeklemmt. Der Kurvenschreiber 47 wird an das Steuergerät 48 angeschlossen, in dem dann der Belastungsbereich und die Messlänge mit dem Lastwählschalter 58 und die für das Spannungs-Dehnungsdiagramm erforderliche Vergrösserung der Dehnung mit dem Wählschalter 60 eingestellt wird.
Der mit Hilfe der Lasche 29 auf eine geeignete Messlänge eingestellte Dehnungsgeber 18 wird auf dem Probestab 17 befestigt, indem man die beweglichen Teile der Konsolen mit der Hand von den festen Teilen entgegen der Federkraft abhebt, worauf dann der Dehnungsmesser auf dem Probestab so angesetzt wird, dass die Schneidkanten 28 mit Federkraft den Probestab umfassen, wenn die Konsolen zusammengedrückt werden. Nun wird der Kurvenschreiber 47 auf Null gestellt und das untere Ende des Probestabes in der unteren Einspannung 2 der Zugprüfmaschine befestigt. Jetzt wird die Messlängeneinstellvorrichtung fortgenommen, indem man die Lasche 29 nach unten schwenkt.
Nun wird der Aufzeichnungsträger des Kurvenschreibers eingeschaltet und der Probestab über das Dynamometer 4 mit einer Zugkraft belastet, so dass Zugkraft und Dehnung konti nuierlich in Form eines Zugkraft-Dehnungs-Diagrammes auf dem Kurvenblatt des Kurvenschreibers 47 aufgezeichnet werden. Für einzelne Teile der Kurve können unterschiedliche Vergrösserungsmassstäbe für die Dehnung ausgewählt, werden d.h. man kann für den Bereich bis zur Fliessgrenze eine starke und für den nachfolgenden Kurvenbereich bis zum Bruch (falls dieser interessiert) eine schwache Vergrösserung auswählen. Der Dehnungsmesser kann auch bei Bruch des Probestabes auf dem letzteren verbleiben, da die elektrischen Bauelemente zusammen mit den Hülsen bewegt und schliesslich ohne Gefahr einer Störung voneinander getrennt werden.
Nachdem die Messung beendet ist, wird der Kurvenschreiber abgeschaltet, der Dehnungsmesser vom Probestab abgenommen, zusammengeschoben und für eine nächste Messung wieder auf die richtige Messlänge eingestellt.
Obwohl vorstehend in Verbindung mit den Zeichnungen nur eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel der Erfindung beschränkt ist, sondern auch noch sämtliche Abänderungen und Modifikationen umfasst, die für den Fachmann naheliegen und innerhalb des Rahmens des nachfolgenden Patentanspruches liegen.