DE2357105A1

DE2357105A1 - Dynamometrische vorrichtung

Info

Publication number: DE2357105A1
Application number: DE19732357105
Authority: DE
Inventors: Jean Louis Portier
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1974-05-30
Also published as: CH587476A5; JPS5525628B2; DE2357105B2; ES420524A1; DE2365937A1; JPS5047667A; IT1001611B; DE2357105C3

Description

Beschreibunff zu der Patentanmeldung Dynamometrische Vorrichtung Die Erfindung betrifft dynamometrische Vorrichtungen zum Messen von Spannungen oder Kräften aufgrund der l'Iessung von inderungen magnetischer Eigenschaften von ferromagnetischen Körpern unter der Wirkung einer Spannung.
Das Phänomen ist seit langem unter dem Namen Magneto-Elastizität bekannt.
Im Jahre 1946 publizierte Marcel Reimbert in den Annalen des Institut Technique du Batiment et des Travaux Publics eine Anwendung dieser Eigenschaften bei 2 Bestimmung von Spannungen in Bewehrungsstahl.
Es scheint, daß ungeachtet einiger Versuche mit industriellen Apparaturen die Magneto-Elastizität in zunehmendem Maße als Mittel zum Messen in Vergessenheit geraten ist, wahrscheinlich wegen der Tatsache, daß die Versuchsapparate eine Hysterese aufwiesen.
Wenn es gelingt, diesen Mangel zu beheben, wird die Anwendung der Magneto-Elastizität sehr interessant.
Die Mehrzahl von Meßvorrichtungen für vorherrschende, Spannungen sind Verformungsmesser: man mißt die Änderung der Entfernung zwischen zwei Punkten einer Struktur, men nimmt die Beziehung z-ziscben, Mrformnugeng und Spannung als bekannt an und bestimmt die Kräfte/. Tatsächlich geschieht mit diesen Apparaturen die Messung der Verformung in indirekter Weise, weil die Deformationen eines Zwischenstückes ("Dehnungsmesser" oder schwingungsfähige Schnur) gemessen wird, dessen Befestigung an der Strüftur meistens @chwierig ist. Desweiteren muß man die Meßpunkte und daher das Risiko von Fehlern vervielfachen, wenn man die Spannungen integrieren will, um-die Kräfte zu ermitteln.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, um eine rationelle Verwendung der Magneto-Elastizität zu ermöglichen, die die globalen Veränderungen in der zu untersuchenden Masse und nicht eine Veränderung in einer oberflächlichen Schicht liefert.
Dieee Verwendung ermöglicht, die unvermeidlichen Veränderungen von einem Punkt zum anderen der Struktur direkt zu integrieren.
Desweiteren sind, verglichen mit Widerstandsänderungen einer klassischen Meßvorrichtung mit einen 11Dehnungsmesser11*die Änderungen der magnetischen Permeabilität relativ 10 bis 100mal stärker, so daß der Einfluß der Temperatur praktisch ausgeschlossen werden kann.
Schließlich ermöglicht die Einfachheit des zwischenliegenden Meßkörpers, der aus einigen Windungen elektrischen Drahtes besteht, Vorrichtungen mit sehr stark reduzierten Abmessungen zu erhalten.
*(Strain gage) Zum Verständnis der Erfindung soll im folgenden das Verhalten von ferromagnetischem Material unter Spannung erläutert werden.
Die Fig-. 1 der beigefügten schematischen Darstellungen ist eine graphische Darstellung, in der die Veränderungen der magnetischen Permeabilität P einer magnetischen Materie in Abhängigkeit der Spannung din Richtung parallel zur Spannung dargestellt ist.
a) Wenn man im Bereich reiner Kompression bleibt, ist die Abhängigkeit P = f («0 während einer gewissen Anzahl von Zyklen quasi linear (Fig. 1) und unabhängig von der Änderungsrichtung der Spannung (Bereich der Kurve links der /u-Achse). Wenn man einen Zug ausübt, änaern sich die Phänomene; von 0. bis zum Punkt P,der der Permeabilität µP entspricht, ergibt sich ebenfalls ein reversibler und linearer Zusammenhang.
Dagegen erhält man, wenn die Spannung den Wert P überschreitet eine horizontale Strecke PQ, und dann einen plötzlichen Abfall der Permeabilität.
Als Folge davon weiß man bei Messung eines Wertes der Permeabilität = µP nicht, weiches die entsprechende zugehörige Spannung ist.
Desweitibn ist der Rückweg nicht dergleiche, wenn man beispielsweise einen Zug #X zwischen den Vierten #P und SQ , die den Punkten P und Q entsprechen, ausübt. Es tritt eine Hysterese auf.
Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung besteht daher darin, einen zur Messung dienenden ferromagnetischen Körper so anzuordnen, daß er ständig unter Kompression arbeitet und unter der Wirkung von Kompressionskräften, deren Biegespannungen oder Zugspannungen auf ein Minimum verringert sind, so daß der lineare und reversible beschriebene Bereich nicht verlassen wird.
b) Wenn man, wie in Fig. 2 der beigefügten schematischen Darstellung dargestellt eine magnetische Schleife ABCDEF um eine Windung S, die von Wechselstrom durchflossen ist, legt, entstehen in der magnetischen Schleife zwei Arten von Phänomenen: - einerseits ein Fluß , der den Fluß I umgibt, - andererseits parasitäre Strom, die induzierte Foucault-Ströme genannt werden, in der magnetischen Schleife infolge des Flusses Die Gesetze für den Durchtritt des Flusses in der magnetischen Schleife sind ähnlich denen, die den Durchtritt einer durch Stromstärke / einen Widerstand bestimmen.
Insbesondere bewirkt das Vorhandensein eines parasitären Spaltes, wie FA infolge der großen Verschiedenheit der magnetischen Permeabilität eine wesentliche Reluktanz.
Es ergibt sich, daß die auftretende Veränderung der -Permeabilität de r Schleife unter der Wirkung einer Kraft R wesentlich vermindert wird; dies geschieht einerseits aufgrund de r unterschiedlichen Permeabilität im Spalt und andererseits aufgrund der Veränderungen dieses Spaltes und der wirkung von R.
Ein Merkmal der Erfindung liegt daher darin, den Einfluß dieses Spaltes aufgrund von speziellen konstruktiven Vorrichtungen zu anullieren oder zu vermindern.
In Fig. 3 der angefügten schematischen Darstellungen sind Schleifen wie ABCDEF Seite an zweite längs der Erfindung S derart angeordnet, daß sie einen vollständigen Kreisring bilden, was im Hinblick auf die Foucault-Ströme bedeutet, einen Transformator (schematisch iig.4 dargestellt) zu schaffen, dessen Primarspule die Windung S und dessen 5ekundarspule der Kreisring aus ferromagnetischem Material ist; die Sekundärspule kann durch eine Sekundärspule, die mit einer Impedanz Z beschaltet ist, ersetzt werden.
Wenn die magnetische Schleife durch miteinander isoliert verbundene Blätter gebildet ist, ist der reine Widerstand von Z quasi unendlich, was gleichbedeutend damit ist, daß die Sekundarspule des Transformators geöffnet und die Foucault-Ströme quasi Null sind.
enn dagegen die magnetische Schleife ein einstückiger Kreisring ist, ist der reelle Widerstand der Impedanz Z derJenige, der dem Durchtritt eines stromes im dem Kreisring aus magnetischem Material entgegengesetzt ist.
In beiden Fällen wird durch Beaufschlagung mit einer äußeren Kraft möglicherweise die Impedanz z der Schleife verändert, sei es durch Ausbildung von äußeren Kurzschlüssen zwischen den Blättern, sei es durch Änderung des iderstandes im Material selbst.
Erfindungsgemäß kann man konstruktive Vorrichtungen treffen, mit denen die unsicheren Änderungen der Foucault-Ströme anulliert bzw. aufgehoben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine elektrische Spule'auf, die vollständig von einer Magnetschleife umgeben ist, die aus ferromagnetischem Material (normaler Stahl, Magnetstahl, Ferrit usw.) besteht und äußeren zu messenden Kräften unterworfen wird.
Die Messung besteht darin, die Änderungen von Widerstandseigenschaften und magnetischen Eigenschaften des Materials festzustellen, was auf mehrere mögliche Arten geschehen kann.
Insbesondere kann Wechselstrom mit einer Frequenz verwendet werden, die innerhalb weiter Grenzen verändert werden kann und es kann die Gesamtimpedenz, die reelle Impedanz oder die imaginäre Impedanz gemessen werden.
Die Vorrichtung sieht von außen insgesamt wie ein metallischer Kreisring oder eine zentral durchbohrte Hülse aus.
Die magnetische Schleife kann aus nebeneinander angeordneten Blättern oder aus nebeneinander zneoraneten tilementarklocks in Form von zwei Blocks oder einem einzigen Block ausgebildet sein.
Die Vorrichtung weist gegenüber herkömmlichen dynamometri schen Anlagen folgende Vorteile auf: - geringe Abmessungen, wie groß auch immer die zu messenden Kräfte sind, - globale Messungen in der Nasse und nicht punktuell auf der Oberfläche, wodurch eine direkte Integration der Spannungen ohne Multiplikation de r Meßpunkte möglich ist, - größere Einfachheit der Messung gegenüber Apparaturen mit "Spannungsmesse rn (strain-gage-Zellen), weil die Veränderungen der Impedanz 10 bis 100mal größer sind, - gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Alterung, Feuchtigkeit und Temperatur, ,- - gute Linearitat und quasi unmerkliche Hysterese, wodurch eine sehr große Genauigkeit erreicht wird, und es möglich ist, das Ableseinstrument direkt in Kräften zu eichen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen dargestellt, wobei die Ausführungsbeispiele in keiner Weise begrenzend sind.
Es stellen dar: Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der. Erfindung mit radial-keilförmigen aneinanderstoßenden Magnetstückun, Fig. 6 eine Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform, in de r die radialen Stücke paraible eiten haben und mit einer Isolationsmasse umhüllt sind, Fig. 7 einen diametralenSchnitt einer Ausführungsform,in der die magnetische chleife aus einem zu einer Spirale gerollten Band besteht und auch zum Durchtritt des Meßstroms dient, Fig. 8 einen ähnlichen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform, in der der Strom nicht durch die Spirale fließt, sondern-durch einen parallelen Leiter, Figuren 9 und 10 perspektivische Ansichten einer Ausführungsform, deren magnetische Schleife aus hohlen Bogenstücken gebildet ist, wobei die Figuren 9 eine Vorrichtung beim Zusammenbau und Fig. 10 im fertigem Zustand zeigt, - Fig.1i einen diametralon Schnitt durch eine Vorrichtung, deren magnetische Schleife aus ringförmigen verschweißten Schalen gebildet ist, Fig. 12 einen diametralen Schnitt durch eine Vorrichtung, deren magnetische Schleife aus einem aufgeschrumpften Kreisring besteht, Fig. 13 und 14 perspektivische Ansichten verschiedener Herstellungsabschnitte einer Vorrichtung aus einem Stab, Figuren 17, 18 und 19 Querschnitte von Schleifen, die so aus gebildet sind, daß Zugspannungen im Betrieb vermieden werden, Fig. 20 eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgeschnitten, einer Ausführungsform, in der die Wicklung in Kanalen angeordnet ist, die parallel zu den Anlageseiten des Kreisrings ausgebildet sind, Fig. 21 eine der Fig. 20 entsprechende Schnittansicht durch die Mittelebene der Kanäle, Fig. 22 eine der Fig. 21 analoge ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Kanäle, Fig. 23 eine der Fig. 20 analoge Ansicht einer abgeänderten Anordnung der Kanäle, Fig. 23 analog der Fig. 20, aber einer abgeänderten Ausführungsform, in der die Kanäle parallel zur Achse des Kreisrings ausgebildet sind, Fig. 24 eine abgewälzte Ansicht zur Darstellihng der Anordnung der Kanäle und der Wicklung in Fig. 23, Fig. 25 eine der Fig. 24 analoge Ansicht zur Darstellung der konvergenten und divergenten Kanäle, Fig. 26 und 27 perspektivische Ansichten, teilweise aufgeschnitten von Vorrichtungen, die derart ausgebildet sind, daß sie sowohl unter Druck als auch unter Zug verwendet werden können, Fig. 28 eine den vorhergehenden ähnliche Ansicht einer Vorrichtung, die für Druck-, Zug- und Torsionsbeanspruchungen verwendbar-ist, Fig. 29 einen Schnitt durch XXIX-XXIX durch Fig. 28, Fig. 30 eine abgewälzte Teilansicht entsprechend den Figuren 28 und 29 zur Darstellung der Anordnung der beiden Wicklungen der Vorrichtung.
Gemäß Fig. 5 ist die Magnetschleife 1 der Vorrichtung aus ferromagnetischen Metallstücken 2 und 3 geringer Dicke (einige tftllimeter oder mehr) in Form eines Kanals mit flachem Boden und parallelen Seitenwänden (beispielsweise in Form eines U oder ~) gebildet, die abwechselnd in entgegengesetzter Richtung auf eine Wicklung 4 aus isoliertem elektrischem Draht gesetzt sind, so daß ein geschlossener Kreisring entsteht, den nur die Enden 5 und 6 der sJticklung verlassen. Die Seitenwände der Metallstücke 2 und 3 sind parallel zur Achse des Kreisrings.
Der letztere ist dazu bestimmt, zwischen zwei Flächen komprimiert zu werden, die im wesentlichen senkrecht zu seiner Achse sind und durch die zu messenden Kräfte die eine gegen die andere gedrückt werden. Diese Kompression ruft keine Veränderung des Spaltes hervor und beansprucht die Metallstücke 2 und 3 nur auf Kompression. Um zu verhindern, daß die Stücke 2 und 3 knicken, kann man, wie in Fig. 5 dargestellt, diese Stücke in der Form von Bogenstücken herstellen, die zu einem Kreisring zusammengeschlossen sind. Die Stücke können durch eine metallische Verbindung geringen winde rstandes (äußerer Kupferdraht, Leitlack usw.) kurzgeschlossen sein, um unbekannte Veränderungen der Foucault-Ströme auszuschalten. Man kann auch Stücke mit parallelen Seiten verwenden, die beispielsweise aus Blech gestanzt sind, und diese Stücke mit einer Füllmasse 7 aus synthetischem Plastikmaterial beispielsweise, bedecken, wie im Fig. 6 dargestellt. Die Masse kann jedes Stück ummanteln, um vor Berührung mit den Nachbarstücken und den erwähnten Oberflächen zu schützen.
Wie in Fig.7 dargestellt, kann min die Vorrichtung mit Hilfe eines Bandes 8 aus ferromagnetischem Material rwirklichen, das zu einer Spirale gerollt Ünd in einer Masse 9 aus Isolierharz eingebettet ist. Der so ausgebildete Kreisring ist zwischen zwei ringförmigen Anlageplatten 10 und 11 angeordnet, die jede eine Nut zur aufnahme bilden. Der Strom kann wegen der Leiter 12 und 13 direkt in der Spirale fließen.
Entsprechend einer Abänderung der Ausführungsform gemäß Fig. 8 fließt der Strom durch einen Draht 14, der gleichzeitig mit dem Band 8 eingerollt wird.
Man könnte auch zwei Spiralen benutzen, die derart in die benachbarten windungen eingepaßt sind, daß der Strom in entgegengesetzten Richtungen durchfließt.
In der Ausführungsform gemäß den Figuren 9 und 10 ist der Kreisring ausBlöcken 15 in Form von hohlen Bogenstücken ausgebildet, in deren Hohlräumen 16 der die Wicklung s bildende Draht gewickelt ist. Der Kreisring ist durch Verschlußblocks 17 und 18 fertiggestellt, die kanalförmig sind un * ach Art eines Ring schlusses aufeinander angeordnet sind. Die Blöcke 17 und 18 bilden eine Öffnung 19 für die Enden 5 und 6 de r Wicklung. Die verschiedenen Blöcke können miteinander verbunden oder frei sein, so daß sie an Niveauunterschiede an der Anlage angepaßt werden können.
Gemäß Fig. 11 ist die Magnetschleife aus zwei Ringschalen 20 und 21, die im Schnitt kanalförmig sind' und die Wicklung 4 umgeben, gebildet1 Auch hier ist eine Öffnung 19 für die Enden 5 und 6 der Wicklung' vorgesehen. Die beiden Ringschal.en sind bei 22 unter Last miteinander punktverschweißt.
In einer Abänderung der Fig. 12 ist die Iv,agnetschleife in Form eines Kreisrings 23 mit rechtwinkligem Querschnitt ausgebildet, der nach außen eine Nut 24 bildet, in der die Wicklung 4 angeordnet ist. Der Spalt ist mittels eines Bundringes 25 gleicher Höhe wie der Kreisring 23 verschlossen, der durch Wärme oder Kälte angebracht ist.
Wie in den Figuren 13 bis 16 dargestellt, kann die Magnetschleife der Vorrichtung auch ausgehend von einem Stab 26 mit ouadratischem oder, rechtwinkligem Querschnitt aus geeignetem ferromagnetischem Material gefertigt werden, indem ein Längskanal 27 (Fig. 13) ausgebildet ist. Der Stab (Fig14) wird gebogen,und seine Enden werden (Fig.15) miteinander bei 28 verschweißt. Nach thermischer Behandlung zum Freiwerden von Spannungen bringt man ein seitliches Fenster 29 an, das in den zentralen Långskansl 27 reicht und ermöglicht, die aus einer oder mehreren Windungen bestehende Wicklung 4 einzuführen.
Bei Magnetschleifen in Form von Blocks oder einem gelochten Kreisring kann'man, wie. in Fig. 17 dargestellt, jede Seite des Kreisrings, auf die die zu messenden liralte wirken bzw. auf der sie anlie£:en, Freiräume, beispielsweise in Form umlaufender Aussparungen von im wesentlichen gleicher Breite wie der für die Wicklung vorgesehene Raum 4 und relativ zu diesem Raum angeordnet, vorsehen, um zu vermeiden, daß die Seitenwände 31 der Schleife auf Biegung beansprucht werden, wodurch Zugspannungen auftreten könnten.
In Fig. 18 trägt der Kreisring zum gleichen Zweck Anlagebemantelungen 32, die umlaufende Aussparungen bilden, die mit einem Ring 33 aus schwammigem Material ausgekleidet werden können.
Wenn die innere Wicklung 4 in einer Isolationsmasse 34, wie beispielsweise Harz, eingebettet sein soll, ordnet man parallel zu dieser Spule einen Ring 35 aus Schwammaterial an oder man läßt einen Hohlraum, damit die Wicklung und ihre Isoliermasse nicht dazu tendieren, die Seitenwände der Nagnetschleife zusammensudrucken, wenn die Vorrichtung belastet wird.
Han kann parallel zu der Vorrichtung auch einen schwach magnetischen und elastischen Block benutzen, der einen Teil der Gesamtkraft aufnehmen kann. An der Grenze könnte die Vorrichtung als eine einfache Deformationsmeßzelle betrachtet werdEn Der Einfluß von Zugspannungen, die die Linearitat und Reversibilität der Funktion der dynamometrischen Vorrichtung beeinträchtigen, kann dadurch vermieden werden, daß die Wicklung 4 auch in Kanäle eingeführt wird, die zweckmäßig in einem massiven Kreisring ausgebildet sind.
In Fig. 20 ist der Kreisring 1 mit radialen Kanälen 45 versehen, die um den Kreisring herum regelmäßig verteilt sind und deren Achsen in einer von den beiden Anlageflächen 46 des Kreisringsgleich weit entfernten Ebene sind.
Die Wicklung ist in den aufeinanderfolgenden Kanälen entgegengesetzt gerichtet gewickelt, beispielsweise so, daß jeder Kanal von zwei Drähten durchquert wird, die sich kreuzen und deren Enden 5 und 6 die Wicklung durch zwei benachbarte Kanäle verlassen, wie in Fig. 21 dargestellt. Die peripheren Nuten 47 und 48 mit ausreichender Tiefe sind vorteilhafterweise dort, wo die Kanäle münden, in den Seitenflächen des Kreisring ausgebildet, so daß die Wicklung von möglichen Stößen frei bleibt.
Die radialen Kanäle können auch, wie in Fig.22 dargestellt, so gerichtet sein, daß sie sich etwa dort schneiden, wo sie in die Seitenflächen des kreisrings 1 münden.
So werden im Kreisring innenkanten 49 und50 gebildet, an denen die Wicklung 4 anliegt, wenn sie von einem Kanal zum folgenden übergeht. Die Wicklung befindet sich gsnzlich im Xreisring und ist so geschützt, so daß es nicht notwendig ist, wie im vorhergehenden Beispiel, Nuten auszubilden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 23 sind die Kanäle 45 in den Mitten der Anlagefläche 46 des Kreisrings achsparallel mit dem Kreisring ausgebildet und sind daher im wesentlichen parallel zu den Kräften. Diese Kanäie sind ebenfalls gleichmäßig um den Kreisring herum voneinander entfernt.
In den Anlageflächen 46 sind Nuten 51 ausgebildet, urfl die ?icklung 4 zu schützen, deren Enden 5 und 6 durch nicht dargestellte seitliche Kerben austreten. Die ,Ticklung kann wie in Fig. 24 dargestellt, durch jeden Kanal 45 zweifach hindurchtreten.
etwa Man kann die Kanäle auch so ausbilden, daß sie sich/dort, wo sie in die Anlageflächen 46 des Kreisrings münden, schneiden, wie in Fig. 25 dargestellt. Auch hier sind Innenkanten 52 gebildet, an denen sich die Wicklung 4 abstützt und wie im Falle der Fig. 22 ist die Wicklung mechanisch und magnetisch geschütz, so daß die Ausbildung von Nuten nicht notwendig ist.
Es können auch mehrere koaxiale Reihen von Kanälen vorgesehnen sein.
Diese Art der dynamometrischen Vorrichtung mit Kanälen, die parallel oder im wesentlichen parallel zur Kraftrichtung sind, ist von besonderem Interesse, weil sich der Fluß quasi.
kreisförmig um die Kanäle entwickelt. Die Vorrichtung ist daher empfindlich für senkrecht zur vorherrschenden Kraft auftretenden Spannungen. Folglich sind, wenn die änderung dieser Spannungen zweimal schwacher als in dem Fall der Parallelität mit der vorherrschenden Kraft ist, so daß Induktionssnderungen von bis zu 25 % erzeugt werden, die Spannungen homogener, und man erhalt gute Linearität des Maßstabes bzw. der Eichung bis zum völligen Stauchen des Kreis rings.
In den Figuren 26 und 27 weist der Kreisring auf jeder seiner End- bzw. Anlageflächen 46 einen Ringwulst auf, dessen eine Seitenfläche, beispielsweise die innere Fläche, mit einem Gewinde 54versehen ist, an dem ein TSil festgeschraubt werden kann, das Zugkräfte übertragen kann. Dies ermöglicht,die dynamometrische Vorrichtung für Druck und Zug zu verwenden. Es sei erwähnt, daß die zulässigen Zugspannungen aufgrund von Hysteresephänomenen wesentlich schwächer als die Druckspannungen sind.
In Fig. 26 dienen die Kanäle 45 zur Montage der Wicklung 4, die der Fig. 21 entspricht; in Fig. 27 sind zwei Reihen koaxialer Kanäle 45 parallel zur Kraftrichtung ausgebildet, ähnlich wie sie in Zusammenhang mit der Fig. 23 beschrieben wurden; an beiden Seiten sind Ringwulste 23 vorgesehen. In den Seitenflächen 46 des Kreisrings sind Nuten 51 ausgebildet.
Die erwähnten Teile zum Übertragen von Kraft können auch mit dem Kreisring an den Ringwulsten 53 in jeder herkömmlichen leise verschweißt sein.
Die Ausführungsform gemaß den Figuren 28 bis 30 weit ebenfalls Ringwulste 57 zur Au4naiime von Teilen auf, die die Kraft bzw, Belastung übertragen, die Kanale-45, die zwei koaxiale Reihen gleicher Kanalzahl bilden und relativ zu den Ringwulsten angeordnet sind, sind jedoch etwa um 450 relativ zur Achse des -Kreisrings abwechselnd einmal in einem, dann im anderen Sinn geneigt, so daß sie in den Flächen 4-6 in Öffnungen,55 münden, die jeweils zu zwei Kanälen gleichzeitig gehören.
Desweiteren sind in der Basis der RinTulste 5, radiale Löcher bzw. Hohlräume 5G relativ zu den Öffnungen 55 homolog zu den zwei Reihen ausgebildet.
Die Wicklung 4 weist zwei Leiterfamilien auf, die abwechselnd durch einen Kanal 45 einer Reihe und einen Kanal 45 der anderen Reihe und zwidlendurch durch das entsprechende Loch 56 (Fig. 29) hindurchtreten.
Desweiteren sind die Leiter der beiden Familien so angeordnet, daß ihre in zwei benachbarten Kanälen 45 liegenden Draht te einen vlinkel von 900 miteinander bilden, wie in Fig. 30 dargestellt, in der der Leiter 4a strichpunktiert und der Leiter 4b der anderen Familie gestrichelt ist.
Entsprechend der Suinine oder der Differenz der Impedanzen der beiden Familien bestimmt man die axiale Kraft oder das Torsionsmoment, dem der Kreisring ausgesetzt ist.
Die Erfindung kann für alle Arten von Messungen verwendet werden, insbesondere zur Kontrolle der Spannung in Zugstangen oder in vorgespannten Kabeln. Man kann den gleichen elektrisch isolierten Leiter verwenden, um die Vorrichtung ohne Verschweißen und ohne feste Verbindung an die Meßapparatur anzuschließen, wodurch ermöglich-t wird, die Vorrichtung in feuchtem Milieu und sogar unter wasser anzuordnen. Die Herstellung der Vorrichtung ist einfach und kann von massiven Rohlinen aus oder vorgewalzten Elementen, die einfach nebeneinander angeordnet und verbunden sind, ausgehen. Der Ring ist nicht no-twendigerweiie kreisförmig, seine Form kann entsprechend den Notwendigkeiten der angestrebten Verwendung abgeändert werden.
Die Vorrichtung hat einen wesentlich verringerten Platzbedarf, weil eine Ausführungsform, mit der Kräfte von 100 t gemessen werden können, aus einem Ring mit 10 cm Durchmesser und einem quadratischen Querschnitt von 2 cm Seitenlänge gebildet ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß gegenüber den beschriebenen abgeänderte Ausführungsformn, bei denen beispielsweise äquivalente Teehniken verrundet werden, auch in den Rahmen der Erfindung fallen.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zum Messen von Spannungen oder Kräften aufgrund der Messung von Änderungen magnetischer Eigenschaften von ferromagntischen Körpern unter der Wirkung der Spannungen oder Kräfte, g e k e n nFz e i c h n e t durch eine magnetische Schleife (1) in Form eines Ringes, der eine Wicklung (4) zum Durchfluss eines elektrischen Stroms aufweist und der zwischen zwei im wesentlichen parallelen Flächen anzuordnen ist.

auf die die zu messenden Kräfte wirken, und der keinen Spalt in der Richtung der Kräfte aufweist und der so ausgebildet ist, dass er unter der Wirkung von Druckkräften im wesentlichen auf Druck beansprucht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring aus Teilen (2, 3) aus ferromagnetischem Material in Form eines Kanals mit parallelen Seiten gebildet ist, die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen über die Wicklung (4) geschoben sind, wobei die Seitenwände der Teile (2,3) parallel zur Achse des Rings sind und die Teile (2, 3) radial angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Teile (2, 3) aneinander anschliessen und in Form von Bogenstücken sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Teile (2, 3) mittels einer Isoliermasse (7), die jedes Teil (2, 3) völlig umhüllt, angeordnet sind, um einen Kontakt zwischen benachbarten Teilen und deren Oberflächen zu vermeiden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -e e ic h n e t , dass der Ring aus einem zu einer Spirale gerollten Band (8) gebildet ist und zwischen zwei ringförmigen Anlageplatten (10, 11) eingelegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass das Band (8) mit Isoliermasse umhüllt ist, die es gegenüber den Anlageplatten (10, 11) isoliert, und mit Leitern (12, 13) versehen ist, durch die der Meßstrom fliessen kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass das Band (8) gleichzeitig mit einem isolierten Draht (14) eingerollt ist, der zum Durchfluss des Meßstroms dient.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Magnetsohleife (1) aus hohlen Blocks (15) in Form von Bogenstücken, die die Wicklung einschliessen, gebildet ist/und Verschlussblöcke (17, 18), die einen Bogenschluss bilden, den Ring schließen.
9.- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elemente (2, 3> 15, 17, 18) durch eine Verbindung mit geringem elektrischem Widerstand kurzgeschlossen sind, um Veränderungen von Foucaults-trömen auszuschliessen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring aus ringförmigen Elementen gebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring aus zwei halbkreisförmigen Ringschalen (20, 21) gebildet ist, die im Schnitt einen Kanal bilden und unter Last miteinander verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring aus einem Ring (23) gebildet ist, dessen Aussenseite eine Nut (24) aufweist, in der die Wicklung (4) angeordnet ist und die von einem Bundring (25) verschlossen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring aus einem hohlen Element (26) besteht, das derart gebogen ist, dass es einen Ring bildet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e n n ze i c h n e t , dass der Ring einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass an jeder Anlagefläche des Rings relativ zur Lage der Wicklung (4) Freiflächen ausgebildet sind, um das Risiko von Zugspannungen unter Belastung auszuschliessen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Anlageflächen des Rings Anlagebemantelungen (32) aufweisen, durch die die Freiflächen gebildet werden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, in der die Wicklung mit Isolationsmaterial umgeben ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t i dass der Ring parallel zur Wicklung (4) einen Schaumkörper (35) oder einen Leerraum enthält, damit die Wicklung (4) nicht dazu neigt, die Seitenwände des Rings unter Belastung seitlich zusammenzudrücken.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, g e -k e n n z e i c h n e t durch einen tragen und elastischen Block, der parallel zum Ring angeordnet ist, um einen Teil der Belastung aufzunehmen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z é i c h n e t , dass die Wicklung (4) in Kanälen (45) angeordnet ist, die in einem massiven Ring ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Kanäle (45) gleichmässig um den Ring herum verteilt sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Kanäle (45) in einer zu der Richtung der Kräfte im wesentlichen senkrechten Richtung ausgebildet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Kanäle(45) parallel zur Richtung der Kräfte sind oder mit dieser Richtung einen spitzen Winkel bilden.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Nuten (47, 48, 51) in den Seitenflächen des Rings dort ausgebildet sind, wo die Kanäle (45) münden, um die Wicklung (4) zu schützen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sich jeweils zwei Kanäle (45) etwa dort schneiden, wo sie münden, so dass im Kreisring innere Anlagekanten für die Wicklung (4) entstehen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anlageflächen (46) des Rings derart ausgebildet sind, dass sie das Anbringen von Teile len ermöglichen, die zum übertragen von Zug- oder . Torsionskräften dienen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Anlageflächen (46) des Rings eine Verlängerung (53) aufweisen, die mit einem Gewinde (54) versehen ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Wicklung (43 des Rings zwei Leiterfamilien (4a, 4b) aufweist, deren eine auf Kompressionskräfte und deren andere auf Zugkräfte anspricht, die bei Beaufschlagung des Rings mit einem Drehmoment entstehen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ring zwei koaxiale Reihen von Kanälen (45), von denen sich jeweils zwei unter etwa 900 schneiden und zwei Reihen von radialen Löschern (56) aufweist, die relativ zu den Schnitpunkten der Kanäle (45) angeordnet sind, und dass die Leiter der beiden Familien (4a, 4b) abwechselnd von einem Kanal der einen Familie (4a) durch das entsprechende Loch (56) zu einem Kanal der anderen Familie (4b) hindurchtreten und sich in den beiden Reihen von Kanälen unter 900 kreuzen.
29. Verfahren zum Messen-von Kräften mit einer Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch g e k e n n z e i c-h n e t dass die Summe der Impedanzen der beiden Familie (4a, 4b) zum Bestimmen der Qesamtkraft in Achsenrichtung des Rings und die Differenz der Impedanzen zum Bestimmen der zu Ges Gesamttorsionskraft um diese Achse herangezogen wird.

L e e r s e i t e