DD253669A1

DD253669A1 - Dehnungstransformator zur messung von formaenderungen und/oder kraeften an bauteilen

Info

Publication number: DD253669A1
Application number: DD29630286A
Authority: DD
Inventors: Christian Grueger; Karlheinz Schulze; Claus Risse
Original assignee: Verlade Transportanlagen
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnungstransformator zur Messung von Formaenderungen und/oder Kraeften an Bauteilen, der als Verformungskoerper ausgebildet und mit einer DMS-Bruecke oder Teilen davon ausgeruestet ist und mit geeigneten Mitteln am oder im Bauteil befestigt ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Verformungskoerper als Fachwerk aus mindestens drei Staeben vorzugsweise als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist und die Einleitung der zu messenden Groesse parallel zu einem am Bauteil befestigten Stab im Schnittpunkt der beiden anderen Staebe erfolgt. Dieser Schnittpunkt laesst sich durch eine Verstelleinrichtung relativ zu dem festen Stab verschieben, so dass eine Nullpunkteinstellung und damit ein Taraausgleich ermoeglicht wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Dehnungstransformator zur Messung von Formänderungen und/oder Kräften an Bauteilen. Er wird dort angewendet, wo unter Betriebsbedingungen eine Überwachung auftretender Formänderungen und/oder Kräften aus Gründen der Sicherheit an Bauteilen erforderlich ist oder Bauteile als Wägevorrichtungen benutzt werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, für die Messung von Formänderungen und/oder Kräften an Bauteilen Dehnungstransformatoren oder andere Vorrichtungen zu verwenden.

Bei den Vorrichtungen handelt es sich meist um mit elastischem Material gefüllte Behälter, das in geeigneter Weise auftretende Formänderungen und/oder Kräfte erfaßt, verstärkt und zur Anzeige bringt.

Nach der DD-PS 226363 werden auf dem zu messenden Objekt zwei im Ε-Modul unterschiedliche Kunststoffschichten aufgetragen und auf diesen die Dehnungsmeßstreifen (DMS) angeordnet. Durch das Verhältnis der Schichtdicken und das Verhältnis der Ε-Module wird gezielt Einfluß auf den Kennlinienverlauf genommen.

Eine grundsätzliche Ausführungsform von Dehnungstransformatoren besteht aus einem Verformungselement in Form eines Biegebalkens, auf dem DMS angeordnet sind. Dabei ist das Verformungselement in möglichst großem Abstand von der neutralen Faser auf dem Bauteil anzubringen, um damit den Effekt einer Spannungsüberhöhung zu erzielen. Dieser große Abstand der DMS zueinander hat einerseits Einfluß auf die thermische Stabilität der Fließbrüche und beeinflußt andererseits das Widerstandsmoment des Grundkörpers erheblich (besonders bei kleinen Maschinenbauteilen), so daß nur eine begrenzte Beeinflussung des Ausgangssignales möglich ist.

Die DE-OS 2617987 betrifft einen Dehnungstransformator zur Messung der Beanspruchung oder Verformung von Maschinenbauteilen oder anderen Bauteilen unter Belastung mittels DMS, der aus einem Verformungskörper besteht und auf dem Bauteil derart aufgebracht wird, daß seine neutrale Faser im wesentlichen quer zur Hauptbeanspruchung des Bauteiles liegt.

Hier wird durch Anordnung der DMS auf dem Verformungskörper in Hauptspannungsrichtung die Tatsache ausgenutzt, daß beliebige Formänderungen des Bauteiles als Hauptdehnungen im Dehnungstransformator gemessen werden. Sind diese Formänderungen klein, so sind auch die Hauptdehnungen im Dehnungstransformator klein. Dieser Nachteil kann bei der genannten Lösung nur durch eine extreme Schwächung des Profils oder durch Veränderung der Bezugslänge des Verformungskörpers gemindert werden. Der Schwächung des Verformungskörpers setzen Stabilitätskriterien eine Grenze, die Änderung (Vergrößerung) der Bezugslänge führt zu einer Vergrößerung des Transformators und damit zu einer Einschränkung der Einsatzmöglichkeiten.

Die Art der Befestigung des Dehnungstransformators auf der Bauteiloberfläche sowie sein konstruktiver Aufbau bedingen die Anwendung eines solchen an das Vorhandensein einer frei zugänglichen planen Oberfläche. Ein Messen geringer Formänderungen in z.B. Bohrungen ist damit nicht möglich. Auch die Möglichkeit der Nullpunktverstellung am Aufnehmerz. B. zum Zwecke der Tarakompensation entfällt bei den bekannten Lösungen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Dehnungstransformator zu schaffen, mit dem die o. g. Nachteile beseitigt und der durch seine konstruktive Ausbildung an und in allen Stellen, z. B. auch in Bohrungen, des Bauteiles angeordnet werden kann.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungstransformator so zu gestalten, daß die eingeleiteten Weg- bzw. Kraftgrößen auf einen höheren Wert transformiert und die dadurch entstehende Dehnung durch eine Bezugslängenreduktion nochmals vergrößert und über DMS in eine elektrische Größe umgewandelt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß ein Verformungskörper so ausgebildet wird, daß eine eingeleitete äußere Kraft bzw. ein Verformungsweg nicht direkt eine über DMS aufzunehmende Dehnung hervorrufen, sondern erst nach Übersetzung der eingeleiteten zu messenden Größe in einen vorzugsweise größeren Wert diese eine ebenfalls größere Dehnung hervorrufen. Zu diesem Zweck wird der Verformungskörper als ein Fachwerk aus drei Stäben in Form eines gleichschenkligen Dreiecks aufgebaut. Dieses Dreieck besteht vorzugsweise aus einem kurzen und zwei langen Stäben. Wird nun die Kraft im Verbindungspunkt beider langer Stäbe vorzugsweise parallel zum kurzen Stab eingeleitet, so treten sehr hohe Längskräfte in den langen Stäben auf. Durch Variation der Fachwerkstablänge ist eine gezielte Beeinflussung der Übertragungsfunktion gegeben. Diese Längskräfte in den Stäben rufen dort wesentlich höhere Dehnungen hervor als die eingeleitete Kraft selbst. Werden die Stäbe mit Einschnürungen versehen und auf diesen die DMS angeordnet, entsteht durch die Verkürzung der Bezugslänge eine nochmalige Erhöhung der Dehnung. Da bei Krafteinwirkung ein Stab einer Zugkraft, der andere einer Druckkraft unterworfen wird, ist es möglich, vier DMS zu einer Vollbrückenschaltung zu verbinden. Um die mögliche Formänderungserhöhung vollständig zu nutzen, wird der kurze Stab so ausgeführt, daß seine Formänderung und seine Lageveränderung gegenüber dem zu messenden Körper die Werte Null annehmen. Dies wird durch die steife körperliche Ausbildung und bzw. oder durch symmetrische Krafteinleitung in ein z. B. derartig doppelt ausgeführten System erreicht. Durch eine Verstellbarkeit des Anlenkpunktes der langen Stäbe gegenüber der Krafteinleitungsstütze durch z. B. eine Gewindeverstellung wird eine gezielte Veränderung der Vorspannung bzw. des Nullpunktes erreicht. Dadurch ist es möglich, den Transformator in Verbindung mit einem eine Taralast aufnehmenden Körper so zu betreiben, daß an der erfindungsgemäßen Lösung die Taralast auf Null abgeglichen und somit nur noch die Nettolast angezeigt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Dehnungstransformator in Fachwerkausführung,

Fig.2: Kraftpolygon des Dehnungstransformators,

Fig. 3: Paarweise Anordnung des Dehnungstransförmators in einer Bohrung,

Fig. 4: Dehnungstransformator mit Federgelenken.

In Fig. 1 ist der Dehnungstransformator in Fachwerkausführung dargestellt. Er besteht aus zwei langen Stäben 2"und einem kurzen Stab 3. Der Stab 3 ist als Steg ausgebildet und für die Befestigung am Bauteil 1 vorgesehen. Die beiden langen Stäbe 2 haben den gemeinsamen Schnittpunkt A, dereine Bohrung zur Aufnahme einer Verstelleinrichtung aufweist.

In die Stäbe 2 sind Querschnittsverringerungen 4 eingearbeitet, auf denen Dehnungsmeßstreifen (DMS) 5 angeordnet sind.

Eine Krafteinleitung in das Bauteil 1 bei fester Einspannung des Steges 3 am Bauteil 1 bewirkt eine Relativverschiebung des Punktes A gegenüber dem Steg 3 und ruft in den Stäben 2 Dehnungen bzw. Stauchungen hervor, die in den DMS erfaßt und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Aus Fig. 2 ist im Kraftpolygon die Übersetzung der Kraft Fin die größeren Stabkräfte Fi und F₂ ersichtlich.

In Fig. 3 ist die paarweise Anordnung zweier Dehnungstransformatoren in einer Meßachse 6 dargestellt. Eine z. B. Umlenkrolle 7 hängt in einer Traverse 8 und überträgt die Kräfte auf die Meßachse 6 und verformt diese entsprechend. Die Verformung der Meßachse 6 wird über die Stege 3 in den Dehnungstransformator eingeleitet und in den Stäben 2 in Längskräfte umgewandelt durch die Relativverschiebung des Punktes A gegenüber den Stegen 3. Zur Kompensation von Taramassen oder zum Nullpunktabgleich ist in der Bohrung im Punkt A eine Verstelleinrichtung angeordnet. Die Verstelleinrichtung besteht in ihrer einfachsten Form aus einem Stab 9 und einer Feststellschraube 10, wodurch sich der Punkt A relativ zum Steg 3 verstellen läßt.

In Fig.4 ist ein Dehnungstransformator mit Federgelenken dargestellt. Dabei werden der Steg 3 und der Stab 9 mit paarweise angeordneten Blattfedern 11 verbunden und der Punkt A des Dehnungstransformators über ein winklig angeordnetes Federgelenk mit der Verstelleinrichtung verbunden. Zweck dieser Anordnung ist es, störende parasitäre Kräfte und Momente zu kompensieren.

Claims

Patentansprüche:

1. Dehnungstransformator zur Messung von Formänderungen und/oder Kräften an Bauteilen, der als Verformungskörper ausgebildet und mit einer DMS-Brücke oder Teilen davon ausgerüstet ist und mit geeigneten Mitteln am bzw. im Bauteil befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Verformungskörper als Fachwerk aus mindestens drei Stäben vorzugsweise als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist und die Einleitung der zu messenden Größe vorzugsweise parallel in einem lösbar am Bauteil (1) angeordneten Stab (3) in einem verstellbaren Schnittpunkt (A) der beiden anderen Stäbe (2) erfolgt und daß auf diesen Stäben (2) in Querschnittsverringerungen (4) aufweisenden Bereichen Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.

2. Dehnungstransformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstelleinrichtung des Schnittpunktes (A) der beiden Stäbe (2) gegenüber dem Stab (3) aus einem Stab (9) und einem Feststellelement (10) besteht.

3. Dehnungstransformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daßdie Verstelleinrichtung im Schnittpunkt (A) mit Gewinde versehen ist.

4. Dehnungstransformator nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Stab (3) und der Verstelleinrichtung sowie dem Schnittpunkt (A) und der Verstelleinrichtung Federgelenke (11,12) angeordnet sind.

5. Dehnungstransformator nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstelleinrichtung (9, 10) in der Meßachse (6) kraft- oderformschlüssig angeordnet ist.