DD253669A1 - STRETCHING TRANSFORMER FOR MEASURING FORMATIONS AND / OR CONTRACTS ON COMPONENTS - Google Patents

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.The invention relates to a strain transformer for measuring changes in shape and / or forces on components, which is designed as a deformation and equipped with a DMS bridge or parts thereof and is secured by suitable means on or in the component. According to the invention, the object is achieved in that the deformation body is formed as a truss of at least three bars preferably as an isosceles triangle and the introduction of the size to be measured takes place parallel to a rod attached to the component at the intersection of the other two Staebe. This point of intersection can be displaced by an adjusting device relative to the fixed rod, so that a zero point adjustment and thus a tare compensation is possible.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a strain transformer for measuring changes in shape and / or forces on components. It is used where, under operating conditions, monitoring of occurring changes in shape and / or forces is required for reasons of safety of components or components are to be used as weighing devices.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, für die Messung von Formänderungen und/oder Kräften an Bauteilen Dehnungstransformatoren oder andere Vorrichtungen zu verwenden.It is known to use strain-wave transformers or other devices for measuring changes in shape and / or forces on components.

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.The devices are usually filled with elastic material container that detects occurring in a suitable form changes in shape and / or forces, reinforced and brings to the display.

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.According to DD-PS 226363 two different plastic layers are applied to the object to be measured in the Ε-module and arranged on this the strain gauges (DMS). The ratio of the layer thicknesses and the ratio of the Ε modules influence the characteristic curve in a targeted manner.

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.A basic embodiment of expansion transformers consists of a deformation element in the form of a bending beam, are arranged on the DMS. In this case, the deformation element is to be mounted as far as possible from the neutral fiber on the component in order to achieve the effect of a voltage increase. This large distance between the strainers on the one hand has an influence on the thermal stability of the flow fractures and on the other hand affects the moment of resistance of the body considerably (especially in small machine components), so that only a limited influence on the output signal is possible.

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.DE-OS 2617987 relates to a strain transformer for measuring the stress or deformation of machine components or other components under load by means of strain gages, which consists of a deformation body and is applied to the component such that its neutral fiber is substantially transverse to the main stress of the component.

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.Here, by arranging the strain gages on the deformation body in the main stress direction, the fact is exploited that any changes in shape of the component are measured as major strains in the expansion transformer. If these changes in shape are small, the major strains in the expansion transformer are also small. This disadvantage can be reduced in the said solution only by an extreme weakening of the profile or by changing the reference length of the deformation body. The weakening of the deformation body sets stability criteria a limit, the change (increase) in the reference length leads to an enlargement of the transformer and thus to a limitation of the possible applications.

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.The type of attachment of the expansion transformer on the component surface and its structural design require the application of such to the presence of a freely accessible flat surface. Measuring small changes in shape in e.g. Drilling is not possible. Also, the possibility of zero point adjustment on Aufnehmerz. B. for the purpose of tara compensation is omitted in the known solutions.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.It is the object of the invention to provide an expansion transformer with which the o. G. Disadvantages eliminated and by his constructive training on and in all places, eg. B. in holes, the component can be arranged.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

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.The invention has for its object to design a strain transformer so that the introduced path or force variables are transformed to a higher value and the resulting strain is further increased by a reference length reduction and converted via DMS into an electrical variable.

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.According to the invention, this is achieved in that a deformation body is formed so that an introduced external force or a deformation path does not directly cause a strain to be absorbed via DMS, but only after translation of the introduced size to be measured in a preferably larger value this also a greater elongation cause. For this purpose, the deformation body is constructed as a truss of three rods in the form of an isosceles triangle. This triangle preferably consists of one short and two long bars. Now, if the force is introduced at the junction of two long rods preferably parallel to the short rod, so very high longitudinal forces occur in the long rods. By varying the truss length a specific influencing of the transfer function is given. These longitudinal forces in the bars cause there much higher strains than the introduced force itself. If the rods are provided with constrictions and arranged on these the strain gages, created by shortening the reference length, a further increase in elongation. Since one rod is subjected to a tensile force while the other is subjected to a compressive force under force, it is possible to connect four strain gages to a full bridge circuit. In order to make full use of the possible increase in strain, the short rod is designed so that its change in shape and its positional change relative to the body to be measured assume zero values. This is due to the rigid physical training and or or by symmetrical force in a z. B. achieved such a double executed system. By an adjustability of the articulation point of the long rods against the force introduction support by z. B. a thread adjustment, a targeted change in the bias or the zero point is reached. This makes it possible to operate the transformer in conjunction with a Taralast receiving body so that the Taralast adjusted to zero in the inventive solution and thus only the net load is displayed.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:The invention will be explained below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:

Fig. 1: Dehnungstransformator in Fachwerkausführung,1: elongation transformer in truss design,

Fig.2: Kraftpolygon des Dehnungstransformators,2: force polygon of the expansion transformer,

Fig. 3: Paarweise Anordnung des Dehnungstransförmators in einer Bohrung,3: pairwise arrangement of the expansion transformer in a bore,

Fig. 4: Dehnungstransformator mit Federgelenken.Fig. 4: expansion transformer with spring joints.

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 Fig. 1, the expansion transformer is shown in truss design. It consists of two long rods 2 "and one short rod 3. The rod 3 is designed as a web and provided for attachment to the component 1. The two long rods 2 have the common point of intersection A, which has a bore for receiving an adjusting device.

In die Stäbe 2 sind Querschnittsverringerungen 4 eingearbeitet, auf denen Dehnungsmeßstreifen (DMS) 5 angeordnet sind.In the bars 2 cross-sectional reductions 4 are incorporated, on which strain gauges (DMS) 5 are arranged.

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.An introduction of force into the component 1 with fixed clamping of the web 3 on the component 1 causes a relative displacement of the point A relative to the web 3 and causes in the rods 2 expansions or compressions, which are detected in the DMS and converted into electrical signals.

Aus Fig. 2 ist im Kraftpolygon die Übersetzung der Kraft Fin die größeren Stabkräfte Fi und F₂ ersichtlich.From Fig. 2, the translation of the force Fin, the larger bar forces Fi and F ₂ can be seen in Kraftpolygon.

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. 3, the paired arrangement of two strain transformers in a measuring axis 6 is shown. A z. B. pulley 7 is suspended in a traverse 8 and transmits the forces on the measuring axis 6 and deforms them accordingly. The deformation of the measuring axis 6 is introduced via the webs 3 in the expansion transformer and converted into the rods 2 in longitudinal forces by the relative displacement of the point A relative to the webs 3. To compensate for tara masses or for zeroing an adjustment is arranged in the hole at point A. , The adjusting device consists in its simplest form of a rod 9 and a locking screw 10, whereby the point A can be adjusted relative to the web 3.

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.4, an expansion transformer is shown with spring joints. In this case, the web 3 and the rod 9 are connected with paired leaf springs 11 and the point A of the expansion transformer connected via an angularly arranged spring joint with the adjusting device. The purpose of this arrangement is to compensate for parasitic parasitic forces and moments.

Claims (5)

Patentansprüche:claims: 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.1. expansion transformer for measuring changes in shape and / or forces on components, which is designed as a deformation body and equipped with a DMS bridge or parts thereof and is secured by suitable means on or in the component, characterized in that the deformation body as a truss at least three rods is preferably formed as an isosceles triangle and the initiation of the size to be measured preferably in parallel in a releasably on the component (1) arranged rod (3) in an adjustable intersection (A) of the other two rods (2) and that on this Bars (2) in cross-sectional reductions (4) having areas strain gauges are arranged. 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.2. Expansion transformer according to claim 1, characterized in that the adjusting device of the intersection (A) of the two rods (2) relative to the rod (3) consists of a rod (9) and a locking element (10). 3. Dehnungstransformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daßdie Verstelleinrichtung im Schnittpunkt (A) mit Gewinde versehen ist.3. Expansion transformer according to claim 1, characterized in that the adjusting device is provided at the intersection (A) with thread. 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.4. expansion transformer according to claims 1 to 3, characterized in that between the rod (3) and the adjusting device and the intersection (A) and the adjusting spring joints (11,12) are arranged. 5. Dehnungstransformator nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstelleinrichtung (9, 10) in der Meßachse (6) kraft- oderformschlüssig angeordnet ist.5. expansion transformer according to claims 1 to 4, characterized in that the adjusting device (9, 10) in the measuring axis (6) is non-positively or positively arranged.