DE2741303A1

DE2741303A1 - Messwandler

Info

Publication number: DE2741303A1
Application number: DE19772741303
Authority: DE
Inventors: Amir Rahav; Mathy Raz
Original assignee: TEDEA TECH DEV
Current assignee: TEDEA TECH DEV
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2365111B3; IT1086460B; US4089217A; GB1534205A; FR2365111A1; IL52724A

Description

DIPL.-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSEL

3353 Bad Gandershelm, 13. Sept. 1977 Postfach 129 Hohenhöten 5 Telefon: (05382)2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm Unsere Akten-Nr. 2903/1

Tedea Technological Development & Automation Ltd. Patentgesuch vom 13.Sept. 1977

Tedea Technological Development & Autornation Ltd., Atidim Industrial Park, Nave Sharet, Tel Aviv, Israel

Meßwandler

Die Erfindung betrifft einen mit geführtem Balken versehenen Meßwandler (transducer), z.B. in Meßdosen und Kraftmeßeinrichtungen mit Dehnungs- oder Längungsmessung verwendet wird.

Meßwandler, Übertrager oder Kraftmeßeinrichtungen der eingangs genannten Art, welche Konstantdehnungs- oder Konstantspannungscharakteristiken aufweisen, besitzen allgemein eine verbesserte Linearität und Empfindlichkeit, allerdings auch Kriecheigenschaften, d.h. Veränderungen im Ausgangssignal als Funktion der Zeit bei konstanter aufgebrachter Belastung. Bisher wurden Meßwandler mit einem einzelnen, nicht geführten Balken benutzt, um Konstantdehnungscharakteristiken zu erzielen, Meßwandler mit einem einzelnen Balken sind jedoch im allgemeinen schlechter als solche Übertrager, bei denen der Balken geführt ist, und zwar im Hinblick auf die Linearität und die Reproduzierbarkeit der Messung, im Hinblick auf die Hysteresis und die Problematik des Lastangriffspunktes und auch im Hinblick auf die Unempfindlichkeit gegen seitliche Belastung und gegen Momente. Es ist eine Anzahl Vorschläge gemacht worden,

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Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr. 22.118 970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 .70 RÖ/W

um Konstantdehnungs- oder Konstantspannungscharakteristiken bei Übertragern oder Meßwandlern mit zwei geführten Balken zu erhalten; jedoch sind die bei den bekannten Anordnungen erreichten Konstantdehnungscharakteristiken nur mehr oder weniger gute Annäherungen und nicht exakt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Meßgeräte vermieden sind; insbesondere sollen die Konstantdehnungs- oder Konstantspannungscharakteristiken (constant-ntraiη characteristics) gut eingehalten sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Meßwandlerkörper, einen Balken, dessen einer Endabschnitt am Meßwandlerkörper befestigt ist, dessen entgegengesetzter Endab- ' schnitt so ausgebildet ist, daß es eine Last senkrecht zum Balken zu dessen Verbiegung aufnehmen kann, und der einen Mittelab- · ; schnitt aufweist, der die beiden Endabschnitte miteinander ver- ' bindet, wobei jeder der beiden Endabschnitte mit Kanten versehen! ist, welche entlang gerader, sich in der Mitte des Balkens kreuzender Linien aufeinander zulaufen, ferner durch Mittel zur ; Führung der Verbiegung des Balkens und durch eine Dehnungsmeß- . streifenanordnung, die an jedem der beiden Endabschnitte ange- j bracht, z.B. angeklebt ist, wobei sie sich innerhalb der sich gegenüberliegenden, aufeinander zulaufenden Kanten befindet.

Ein derartiger Übertrager bzw. ein derartiger Meßwandler hat theoretisch exakte Konstantdehnungs- oder Konstantspannungscharakteristiken.

Theoretisch könnten als Mittel zur Führung der Verformung bzw. Verbiegung des Balkens Flexoren (flexors), Gleitflächen oder andere bekannte Anordnungen vorgesehen sein. Besonders vorteilhafte Ergebnisse sind jedoch dann erzielt worden, wenn die Erfindung bei Meßwandlern mit einer Führung mit doppeltem Balken angewendet wird, wobei die Führungsmittel einen zweiten Balken mit gleichem Aufbau wie/ier erste Balken umfassen, der an seinen entgegengesetzten Enden parallel im Abstand zu dem ersten Balken mit diesem fest verbunden ist,

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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden als Beispiele beschrieben.

Eine Ausgestaltung geht dahin, daß der Meßwandlerkörper einen Befestigungsabschnitt aufweist, der an einem Träger in Form eines Auslegers mit dem Paar Balken befestigbar ist, die parallel zur Achse des Befestigungsabschnittes angeordnet sind, um eine Last senkrecht zu der Achse aufzunehmen.

Bei der zweiten Ausgestaltung besitzt der Meßwandler eine neue, mit gefalteten oder abgewinkelten Enden ausgebildete Konstruktion zur Aufnahme von Lasten, die parallel zur Achse des Meßwandler- bzw. Übertragerkörpers wirken.

! V/eitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzel-

heiten der Erfindung sind in den Ansprüchen dargestellt.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen wird im folgenden anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellt, näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a bis 1d scheraatische Darstellungen und Diagramme zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2a bis 2c je eine Seitenansicht, Draufsicht und Schnittansicht einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 3a und 3b eine Endnnsicht und eine Draufsicht einer zv/eiten Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst wird Bezug genommen auf Fig. 1a bis 1d, um die Erfindung prinzipiell zu erläutern.

Die Fig. 1a zeigt schematisch einen konventionellen Meßwandler mit doppelt geführten Balken, der einen Körper 2 und ein Paar von parallelen, in Abstand zueinander angeordneten Balken 4,4 aufweist, die an einem Ende am Meßwandlerkörper 2 und an dem entgegengesetzten Ende an einem gemeinsamen Glied 6 befestigt sind, das eine Last 8 senkrecht zu den Balken aufnehmen kann. Bei derartigen konventionellen Meßwandlern besitzen die

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Balken einen konstanten Querschnitt; Fig. 1b zeigt den Verlauf der Dehnung (strain) über die Länge des Balkens bei einem derartigen Meßwandler; man kann sehen, daß die Dehnung nicht konstant ist, sondern linear mit Länge des Balkens ansteigt.

Fig. 1c zeigt in einer Draufsicht , wie die Balken des Keßwandlers mit doppelt geführten Balken der Fig. 1a erfindungsgemäß ausgebildet sein können, um Konstantdehnungscharakteristiken zu erzielen. Fig. 1d zeigt die Dehnungskurve bzw. den Dehnungsverlauf des Wandlers, wenn seine Balken so ausgebildet sind. j

Insbesondere v/ird die Konstantdehnungscharakteristik, wie sie ₍ in der Fig. 1d dargestellt ist, dadurch erhalten, daß man jeden der Balken, die allgemein mit 14 bezeichnet sind, mit drei verschiedenen Abschnitten versieht, wie z.B. in der Fig. 1c dargestellt, nämlich mit den Endabschnitten 14a und 14b und einem Mittel abschnitt 14c. Der Endabschnitt 14a ist mit dem Meßwandlerkörper 12 verbunden und der Endabschnitt 14b ist so ausgebildet, daß er die Belastung, die senkrecht zu dem Balken verläuft und so wirkt, daß sie ihn verformt, d.h. verbiegt, aufnehmen kann. Beide Endabschnitte sind miteinander gegenüberliegenden Kanten versehen, die entlang gerader Linien 15 und 16 aufeinander zulaufen, wobei sie sich im Mittelpunkt 17 des Balkens schneiden. Jeder der Ealken 14 besitzt Dehnungsmeßstreifen 18, die mit jeden der beiden Endabschnitte 14a und 14b verbunden, z.B. aufgeklebt, sind-, wobei sich die effektive oder aktive Länge 19 der Dehnungsmeßstreifen innerhalb der aufeinander zulaufenden Seiten des jeweiligen Endabschnittes befindet und ihre Lappen bzw. Anschlüsse 20 im Mittelabschnitt 14c liegen.

Die Fig. 1d stellt den Dehnungsverlauf 21 über die Länge des Balkens dar, die man bei einem mit geführten Balken versehenen Wandler erhalten kann, der gemäß Fig. 1c ausgebildet ist, wobei man sehen kann, daß die Dehnung in den den Endabschnitten 14a und 14b des Meßwandlerbalkens entsprechenden Abschnitten 21a und 21b konstant ist und sich in dem Abschnitt 21c linear verändert, der dem Mittelabschnitt 14c des Balkens entspricht, Da die effektiven Längen der Dehnungsmeßstreifen 18 nur die Endabschnitte 14a und 14b des Balkens belegen, und. d.a_ di^e Dehnung entlang der Länge

;en und da die

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der Endabschnitte konstant ist, gibt es keinen Dehnungsgradienten entlang der Dehnungsmeßstreifen.

Fig. 2a bis 2c zeigen eine Form eines erfindungsgemäßen Meßwandlers mit doppelt geführten Balken, der ebenfalls eine Konstantdehnungscharakteristik aufweist. j

Der Übertrager bzw. der Meßwandler der Fig. 2a bis 2c besitzt \ im wesentlichen einen zylindrischen Befestigungsabschnitt 22,

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der ein Paar von Balken 24,24 besitzt, die an einem Ende mit dem Abschnitt 22 verbunden sind, wobei die entgegengesetzten Enden der Balken mittels eines Lastaufnahmeelenientes 26 miteinander verbunden sind, das eine Last senkrecht zu den Balken aufnehmen kann, wie mit dem Pfeil 28 gezeigt ist. Die Fig. 2b zeigt in < einer Draufsicht die Anordnung und Konfiguration jedes der j Balken 24,24 deren Konfiguration derjenigen in Fig. 1c ent- j spricht. Daher besitzt, bezugnehmend auf den Balken 24 in Fig.2bj der Balken 24 ein Paar von Endabschnitten 24a und 24b (und 24a , 24b für den Balken 24 ), die äußere Kanten aufweisen, die ent- j lang gerader Linien 25 und 26 aufeinander zulaufen, die sich im j Mittelpunkt 27 des Balkens schneiden, der zugleich der Mittel- j punkt des die beiden Endabschnitte 24a, 24b miteinander verbindenden Mittelabschnitts ist. Ebenso wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1c ist ein Dehnungsmeßstreifen auf jedem der Endabschnitte 24a, 24b aufgebracht, z.B. aufgeklebt, wobei die effektive Länge 29 jedes Dehnungsmeßstreifens zwischen den aufeinander zulaufenden Kanten des jeweiligen Endabschnittes liegt und die Anschlußfahnen oder Lappen 30 jedes Dehnungsmeßstreifens mit dem Mittelabschnitt 24c verbunden sind. Daher verläuft die Dehnung in den beiden Balken, sobald eine Last auf das Lastaufnahmeelement 26 des Übertragers aufgebracht ist, gemäß der Kurve 21 in Fig. 1d, wobei jeder der Meßstreifen in den Abschnitten 21a und 21b der Kurve mit konstanter Dehnung beaufschlagt ist.

Die Konfiguration und die Abmessungen der Mittel- oder Zwischenabschnitte 24c, 24c der Balken sind nicht kritisch, da sie ausschließlich auf den Mittelabschnitt 21c der Kurve 21 in Fig. 1d Einfluß nehmen und nicht auf die Abschnitte 21a und 21b

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dieser Kurve mit konstanter Dehnung. Vorzugsweise jedoch besitzen die Mittelabschnitte·24c und 24c¹ der beiden Balken eine größere Breite als die Breite am inneren Ende jedes der Endabschnitte (wie in Fig. 2b gezeigt) und auch eine größere Dicke als die beiden Endabschnitte (Fig. 2a).

Fig. 3a und 3b zeigen einen übertrager bzw. Meßwandler mit zweifach geführtem Balken des Typs, dessen Enden gefaltet oder abgewinkelt und der erfindungsgemäß zur Erzielung von Kc-nstantdehnungscharakteristiken ausgebildet ist.

Der Meßwandlerkörper 32 gemäß Fig. 3a, 3b besitzt eine im wesentlichen zylindrische Form. Er ist mit einer ovalen Ausnehmung 31, die teilweise durch die entgegengesetzten Seiten verläuft, und mit einer kleineren Querbohrung 33 versehen, die durch die Ausnehmung 31 im wesentlichen in Form einer 8 hindurchragt. Der Körper 32 besitzt weiterhin einen ersten Schlitz 35, der durch eine nicht mit der Ausnehmung versehene Seite 32' des Körpers im rechten Winkel zur Längsachse 32a verläuft, wobei er ein Ende der Ausnehmung 31 durchschneidet und in einem Abstand von einem Ende der Querbohrung 33 angeordnet ist und kurz vor der entgegengesetzten Seite 32'' des Körpers endet. Der Körper ist mit einem zweiten Schlitz 37 durch die entgegengesetzte Seite 32'· versehen, welcher parallel zum ersten Schlitz 35 verläuft, wobei der zweite Schlitz 37 das entgegengesetzte Ende der Ausnehmung 31 durchschneidet, in einem Abstand vom entgegengesetzten Ende der Querbohrung angeordnet ist und kurz vorder Seite 32' des Körpers endet. Die Ausnehmung 31, die Bohrung 33, und die Schlitze 35 und 37 sind so ausgebildet, wie man£nsbesondere in Fig. 3a sehen kann, daß sie zwei parallele Balken 34, 34'' bilden, die einstückig mit den Seiten 32', 32" des Körpers verbunden sind, wobei die beiden Balken senkrecht zur Längsachse 32a des Körpers verlaufen und umgefallete oder abgewinkelte Enden 39, 39' besitzen, um eine Last aufzunehmen, die parallel zur Achse 32a des Körpers aufgebracht wird. Ein 8Q9812/0796

Dehnungsmeßstreifen 44 (Fig. 3b) ist an jedem der beiden Enden der Balken auf deren Flächen angeordnet, die ihrem jeweiligen Schlitz 35 oder 37 zugewandt sind. Weiterhin ist eine axiale Bohrung 45, 45' durch jedes der gefalteten Enden 39 und 39' verlaufend vorgesehen, die konzentrisch zur Längsachse 32a des Körpers verläuft, wobei jede der axialen Bohrungen am Schlitz 35, 37 am jeweils zugehörigen Ende des j Körpers endet. Wie insbesondere in 3b dargestellt, besitzen die axialen Bohrungen 45, 45* einen solchen Durchmesser, daß ; sie dadurch im wesentlichen die gesamte Spannweite des jeweiligen Balkens 34, 34* frei lassen, ebenso wie die Dehnungsmeßstreifen (44, Fig. 3b), die damit verbunden sind. ■

Um eine Komstantdehnungscharakteristik bei dem Übertrager j bzw. Meßwandler zu erzielen, ist jeder der Balken 34, 34' I mit variabler Querschnittskonfiguration versehen bzw. besitzt jeder der beiden Balken 34, 34' einen variablen Querschnitt, ; wie oben bezogen auf Fig. 1c und 2a bis 2c beschrieben ist. ! Daher besitzt, wie in Fig. 3b gezeigt, jeder Balken 34, 34¹ j die beiden Endabschnitte 34a, 34b, deren äußere Kanten auf- j einander zulaufen, und zwar entlang gerader Linien 40, 41, die sich im Mittelpunkt 42 des Mittelabschnittes 34 schneiden, der zugleich der Mittelpunkt des Balkens ist. Die Dehnungsmeßstreifen 44 sind so mit den Balken verbunden, daß die effektive Länge 46 eines jeden Meßstreifens innerhalb der aufeinander zulaufenden Kanten des jeweiligen Endabschnittes 34a, 34b des Balkens liegt, wobei die Anschlüsse bzw. Anschlußlappen 48 jedes Dehnungsmeßstreifens innerhalb des Mittelabschnittes 34c liegen.

Weiterhin besitzt der Mittelabschnitt (z.B. 34c) der beiden Balken 34, 34·, ebenso wie bei der Ausführung gemäß Fig. 2a bis 2c, eine größere Breite als die Breite am inneren Ende eines jeden der Endabschnitte (wie in Fig. 3b dargestellt) und ebenso eine größere Dicke entlang des größten Teiles seiner Länge als die Endabschnitte ( Fig. 3a).

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Es ist daher ersichtlich, daß in dem übertrager gemäß Fig. 3a, 3b eine Last, die gemäß dem Pfeil 38 entlang der Achse 32a des Übertragerkörpers aufgebracht ist, im rechten Winkel zu den Balken 34, 34' übertragen wird, wobeJy hierdurch eine Dehnung (strain) in den Balken erzeugt wird, die mittels der Dehnungsmeßstreifen 44, die mit den Balken verbunden sind bzw. auf diesen befestigt sind, gemessen werden kann. Wenn man die Endabschnitte 34a, 34b der beiden Balken mit den aufeinander zulaufenden äußeren Kanten, innerhalb derer die effektive Länge der Dehnmeßstreifen liegt, in der oben beschriebenen Weise ausbildet, wird kein Dehnungsgradient entlang der Dehnungsmeßstreifen auftreten. Weiterhin mißt die besondere beschriebene Anordnung nicht nur all die Kraftwege durch Benutzung von nur vier Dehnungsmeßstreifen, sondern erleichtert ebenso die Anwendung und die Befestigung der Dehnungsmeßstreifen auf ihren jeweiligen Balken (durch die axialen Bohrungen 45, 45') und vereinfacht auf diese Weise die Herstellung des Übertragers bzw. Meßwandlers.

Patentanwälte DIpl.-Ing. Horst Rose DipJ.-lng. Peter Kosel

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Le

erseite

Claims

DIPL.-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, I3. Sept. 1977

Postfach 129

Hohenhöfen5

Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpalent Badgandershcim

Unsere Akten-Nr. 2903/1

Tedea Technological Development & Automation Ltd. Patentgesuch vom 13. September 1977

Patentansprüche

( 1.J Mit geführtem Balken versehener Meßwandler, gekennzeichnet durch einen Meßwandlerkörper (2,12,22), einem Balken (4,4·,1A,24,24'), dessen einer Endabschnitt (14a, 24a) am Meßwandlerkörper befestigt ist, dessen entgegengesetzter Endabschnitt (i4b, 24b) so ausgebildet ist, daß er eine Last senkrecht zum Balken zu dessen Verbiegung aufnehmen kann, und der einen Mittelabschnitt (I4c)24c) aufweist, der die beiden Endabschnitte miteinander verbindet, wobei jeder der beiden Endabschnitte mit Kanten versehen ist, welche entlang gerader, sich in der Mitte (17,27) des Balkens kreuzender Linien (15,16,25,26) aufeinander zulaufen, ferner durch Mittel zur Führung der Verbiegung des Balkens und durch eine Dehnungsmeßstreifenanordnung (18,29), die mit jedem der beiden Endabschnitte verbunden ist, wobei sie sich innerhalb der sich gegenüberliegenden, aufeinander zulaufenden Kanten befindet.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Führung der Verbiegung des Balkens (4, 14,24) einen zweiten Balken (4·,24·) aufweisen, der den gleichen Aufbau wie der erste Balken hat und der an seinen entgegengesetzten Enden im Abstand und parallel zum ersten Balken befestigt ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Meßwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandlerkörper einen Befestigungsabschnitt (22) aufweist, der an einem Träger in Form eines Auslegers mit dem Paar Balken (24,24·) befestigbar ist, welche parallel zur Achse des Befestigungsabschnittes angeordnet sind, um eine Last senkrecht zu der Achse aufzunehmen.
4. Meßwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandlerkörper (32) einen Befestigungsabschnitt aufweist, welche an einem Träger anbringbar ist, wobei das Paar der Balken (34,34·) senkrecht zur Achse des Befestigungsabschnittes angeordnet ist und wobei die Enden des Meßwandlerkörpers zur Aufnahme von Lasten, die parallel zur Achse des Befestigungsabschnittes aufgebracht werden, gefaltet oder abgewinkelt sind.
5. Meßwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandlerkörper (32) mit einer sich quer durch ihn erstreckenden Bohrung (33) versehen ist, daß ein erster Schlitz (35) durch eine Seite (32·) des Meßwandlerkörpers im rechten Winkel zu dessen Längsachse verläuft, wobei er in einem Abstand von einem Ende der Bohrung entfernt angeordnet ist und kurz vor dem entgegengesetzten Ende des Meßwandlerkörpers endet, daß ein zweiter Schlitz (37) durch die gegenüberliegende Seite (32·') Meßwandlerkörpers parallel zum ersten Schlitz verläuft, wobei der zweite Schlitz in einem Abstand vom anderen, gegenüberliegenden Ende der Bohrung angeordnet ist und kurz vor der einen Seite des Meßwandlerkörpers endet, daß die Bohrung und die Schlitze miteinander die parallelen Balken (34,34·) bilden, welche Balken ein Teil mit den Seiten des Meßwandlerkörpers senkrecht zur Längsachse des Meßwandlerkörpers bilden, wobei der Meßwandlerkörper gefaltete oder abgewinkelte Enden zur Aufnahme von parallel zur Längsachse des Meßwandlerkörpers aufgebrachte Lasten aufweist, daß mit jedem der beiden Endabschnitte (34a, 34b|34a^l,34b·) jedes Balkens auf den den Schlitzen gegenüberliegenden Flächen eine Dehnungsmeßstreifenanordnung (44) ver-

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bunden, z.B. angeklebt, ist, daß je eine Axialbohrung (45, 45') konzentrisch zur Längsachse des Meßwandlerkörpers durch jedes der gefalteten Enden hindurch vorgesehen ist, wobei die Axialbohrungen einen solchen Durchmesser aufweisen, daß im wesentlichen die gesamte Länge des jeweiligen Balkens und die daran befestigten Dehnungsmeßstreifenanordnungen freiliegen.
6. Meßwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandlerkörper (32) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist und daß die Querbohrung im wesentlichen 8-förmig ist.
7. Meßwandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (I4c; 24c;34c;) des Balkens (14;24;34) eine größere Breite als die Breite am inneren Ende jedes Endabschnittes aufweist und eine größere Dicke als die der Endabschnitte hat.
8. Meßwandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dehnungsmeßstreifenanordnungen (18;29;44) so an den Endabschnitten angebracht ist, daß ihre aktive Länge zwischen den einander gegenüberliegenden, aufeinander zulaufenden Kanten liegt, und daß ein Paar von Anschlußlaschen (20,30,48) jeweils mit einem Ende der aktiven Länge der Dehnungsmeßstreifenanordnung elektrisch verbunden und am Mittelabschnitt befestigt, z.B. angeklebt, ist.

Dfpl.-Ing. Korst Rl-O Dipl.-Ing. Peter Kccol

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