DE2816444C3 - Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsaufnehmer fuer die Werkstoffpruefung, mit zwei an eine Probe ansetzbaren Abgriffsspitzen, die an steifen Schenkelstuecken montiert sind und deren gegenseitiger Abstand gegen die Wirkung einer Feder in Grenzen veraenderbar ist. Die beiden Schenkelstuecke sind durch eine Biegefeder verbunden, auf der mindestens ein Dehnungsmess-Streifen befestigt ist. Die Dehnungsermittlung ueber Dehnungsmess-Streifen ist wesentlich einfacher und billiger als ueber induktive Messanordnungen. Bei einer Ausdehnung der Probe werden die Schenkelstuecke linear auseinanderbewegt. Diese Linearbewegung der Schenkelstuecke erzeugt eine Durchbiegung der Biegefeder. Diese Durchbiegung wird mit den Dehnungsmess-Streifen, von denen vorzugseise einer auf jeder Seite der Biegefeder angeordnet ist, gemessen und elektrisch ausgewertet. Dabei hat sich eine ausgezeichnete Linearitaet zwischen Dehnungsweg und Messpannung ergeben. eratur auf die Betriebstemperatur benutzen. Damit entfaellt ei

Description

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung, mit zwei an eine Probe ansetzbaren steifen Schenkelstücken, die an ihren freien Enden Abgriffsspitzen aufweisen und die dutch mindestens eine quer zu den Schenkelstücken verlaufende Biegefeder miteinander verbunden sind, mit einem auf der Biegefeder befestigten elektrischen Dehnungsmeßstreifen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Abgriffsspitzen verändert, mit einem Halter, der die Abgriffsspitzen fest gegen die Oberfläche der Probe andrückt, und mit einer Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung der Schwenkbewegungen der Schenkelstücke relativ zueinander.

Ein Dehnungsaufnehmer, bei dem die Schenkelstücke in einen Spalt eines Werkstückes oder einer Probe einsetzbare Arme sind, gehört zum (nicht vorveröffentlichten) Stand der Technik (DE-OS 27 50 461). Dieser Dehnungsaufnehmer dient zur Ermittlung der Veränderung des Spaltes. Die freien Enden der Schenkelstücke werden in den Spalt eingesetzt und drücken gegen die einander gegenüberliegenden Spaltwände. Die Blattfeder ist bestrebt, die Schenkel auseinanderzudrücken, so daß die Schenkel an den Spaltwänden fest anliegen.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Ermittlung des Abstandes von Flächen (DE-OS 16 23 721) sind zwei flexible, als Blattfedern ausgebildete Schenkelstücke vorgesehen, die gabelförmig auseinanderstreben. Die Schenkelstücke stellen hierbei also federnde Elemente dar, die an ihren Fußbereichen, in denen die stärkste Biegungskonzentration stattfindet, Dehnungsmeßstreifen aufweisen. Dadurch, daß beide Blattfedern aus einer gemeinsamen Basis hervorgehen, erfolgt eine ungleichförmige Verteilung des Biegemomentes auf die Länge einer jeden Blattfeder. In der Nähe der Basis ergibt sich ein hoher Dehnungsgradient, so daß selbst in dem relativ schmalen Bereich eines einzigen Dehnungsmeßstreifens an verschiedenen Stellen unterschiedliche Biegemornente auftreten. Infolge der Tatsache, daß die Dehnungsmeßstreifen an Stellen angebracht sind, an denen hohe Dehnungsgradienten auftreten, sind Nichtlinearitäten bei der Messung und Exemplarstreuung bei den Meßgeräten zu befürchten. Außerdem besteht die Gefahr der Beschädigung der Dehnungsmeßstreifen, die auf den Biegefedern in den Bereich des zu messenden Spaltes eingeschoben werden.

Bekannt ist ferner ein Dehnungsaufnehmer mit zwei starren Schenkelstücken, die durch eine parallel zu den Schenkelstücken verlaufende Biegefeder miteinander verbunden sind und bei dem der gegenseitige Abstand der rückwärtigen Enden der Schenkelstücke durch eine Widerstandsmessung ermittelt wird. Zwischen zwei an den rückwärtigen Enden der Schenkelstücke befestigten Kontaktstücken befindet sich ein Tropfen aus einer elektrisch leitenden Flüssigkeit Bei Verformung dieses Tropfens verändert sich dessen elektrischer Widerstand. Diese Meßeinrichtung ist durch die Verwendung eines Flüssigkeitstropfens anfällig gegen Störungen und äußere Einflüsse. Die parallel zu den Schenkelstücken verlaufende Biegefeder, die relativ kurz ausgebildet ist, hat eine starke örtliche Konzentration des Biegehiomentes zur Folge, was zu Meßwertstreuungen führen kann.
Bekannt ist weiterhin ein Gerät zum Messen von Oberflächenverformungen (DE-PS 9 56 175), bei dem zwei parallele starre Arme mit ihren Enden an ein Werkstück angelötet werden. Die rückwärtigen Enden der Arme sind mit einem Dehnungsmeßelement verbunden, das lineare Abstandsänderungen zwischen den Armen feststellt und somit auf Dehnungen und auf Biegungen des Werkstücks reagiert. Ferner sind die beiden Arme über ein Hebelsystem mit einem zweiten Dehnungsmeßelement verbunden, das ausschließlich auf Dehnungen des Werkstücks reagiert. Eine Biegefeder ist nicht vorhanden. Die Dehnungsmeßelemente sind Widerstandselemente, die ausschließlich auf Druck oder Zug beansprucht werden.

Bei bekannten Dehnungsaufnehmern der eingangs genannten Art (US-PS 37 89 508, US-PS 33 19 338) sind zwei Schenkelstücke vorgesehen, die an ihren einen Enden Abgriffsschneiden aufweisen und die mit ihren anderen Enden an einer parallel zur Probenoberfläche verlaufenden Biegefeder starr befestigt sind, die die Dehnmeßstreifen aufnimmt. Bei diesen Dehnungsaufnehmern ist zwischen den Abgriffsschneiden und der Biegefeder eine Begrenzungsvorrichtung vorgesehen, die den möglichen Dehnungsweg nach oben und unten begrenzt, um die Biegefeder nicht zu überlasten. Dadurch ergibt sich eine räumlich ausgedehnte Konstruktion dieser Dehnungsaufnehmer mit relativ langen Schenkelstücken, die in ihrem Aufbau kompliziert sind. Wegen dieser einseitig von der Biegefeder abstehenden langen Schenkelstücke wird die Biegefeder durch das Gewicht des oberen Schenkelstückes vorgespannt und befindet sich bei der Montage des Dehnungsaufnehmers nicht selbsttätig in der Nullage. Bei einem der Dehnungsaufnehmer (US-PS 37 89 508) ist daher eine Blockiervorrichtung für die Schenkelstücke zusätzlich zur Begrenzungsvorrichtung vorgesehen, die ihrerseits aus von den Schenkelstücken ausgehenden und gegenseitig ineinandergreifenden Haken besteht. Bei dem anderen Dehnungsaufnehmer (US-PS 33 19 338) besteht die Begrenzungsvorrichtung aus einem zylindrischen

Stift, der durch beide Schenkelstücke geht und mit Anschlägen für die Begrenzung der Bewegung der Schenkelstücke versehen ist In jedem Fall befindet sich bei beiden Dehnungsaufnehmern die Begrenzungsvorrichtung für die Schenkelstücke zwischen der Biegefeder und den Abgriffsschneiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungsaufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Begrenzungsvorrichtung vereinfacht ist

Zur Lösung der Aufgabe isi erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Begrenzungsvorrichtung aus zwei zusätzlichen Schenkelstücken besteht, die auf der den Abgriffsspitzen abgev/andten Seite der Biegefeder angebracht sind, und deren freie Enden durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.

Bei einer öffnung der beiden Abgriffsspitzen bei Dehnung der Probe bewegen sich die zusätzlichen freien Schenkel der Schenkelstücke aufeinander zu, bis sie schließlich zusammenstoßen und dadurch den Meßbereich begrenzen und eine Überlastung der Biegefeder verhindern. Die Begrenzung in Öffnangsrichtung erfolgt hinter der Biegefeder. Dies hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen Teile in dem Bereich zwischen Biegefeder und vorderen Schenkelstücken angeordnet sein müssen. Der Dehnungsaufnehmer kann mit wenigen einfachen Bauteilen leicht zusammengesetzt werden, wodurch gleichzeitig eine schnelle Auswechselbarkeit der Biegefeder gewährleistet ist. Die Symmetrie der Bauteile ermöglicht darüber hinaus eine selbsttätige Positionierung des Dehnungsaufnehmers in der Nullage. Eine zusätzliche Arretiervorrichtung für die Schenkelstücke kann daher entfallen.

Bei dem erfindungsgemäßen Dehnungsaufnehmer können die vorderen Schenkelstücke kurzarmig ausgebildet sein. Dies ermöglicht wiederum, insbesondere wegen der Symmetrie der Bauteile, eine sehr kleine und einfache Konstruktion des Dehnungsaufnehmers, so daß er einerseits aufgrund seines geringen Gewichtes nur einen geringen Anpreßdruck für einen schlupffreien Eingriff der Abgriffsspitzen benötigt und andererseits auch für eng lokalisierte Längenänderungsmessungen geeignet ist.

Für sehr genaue Messungen können die Stirnseiten des von den Schenkelstücken und der Biegefeder fast ganz umschlossenen Raumes durch Stirnplatten verschlossen sein, von denen jede mit nur einem der Schenkelstücke starr verbunden ist. Die Stirnplatten halten Luftzug von der Biegefeder ab und verhindern störende Auswirkungen anderer Umwelteinflüsse auf das Meßergebnis. Die Stirnplatten sind jeweils nur mit einem der Schenkelstücke verbunden, um die relative Beweglichkeit des anderen Schenkelstückes zu erhalten.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Dehnungsaufnehmers ohne Seitenbleche;

Fig. 2 zeigt die Anwendung des Dehnungsaufnehmers nach F i g. 1 bei einer Probe und seine Anbringung an der Probe mit einem Halter;

F i g. 3 zeigt den Dehnungsaufnehmer nach F i g. 1 mit Seitenblechen, und

F i g. 4 zeigt den Dehnungsaufnehmer nach F i g. 1 mit speziellen Abgriffsspitzen für Hochtemperaturmessungen und einer entsprechenden Ausführungsform des Halters.

Der Dehnungsaufnehmer 10 in Fig. 1 besteht aus zwei gleichartigen Schenkelstücken 11,12, die durch die Biegefeder 13 miteinander verbunden sind. Jedes der Schenkelstücke 31,12 hat einen Schenkel 14, der rechtwinklig zur Biegefeder 13 verläuft und an dessen Stirnseite die Biegefeder anliegt. An dem zweiten Schenkel 55 eines jeden Schenkelstückes ist eine Abgriffsspitze 16 auswechselbar befestigt Die Abgriffsspitzen weisen von der Biegefeder 13 fort Die beiden Schenkel 14 und ίο 15 gehen jeweils durch ein Obergangsstück 17, das unter 45° zu jedem der Schenkel verläuft ineinander über.

Die freien Schenkel 15, an denen sich die Abgriffsspitzen 16 befinden, sind durch einen Spali 18 voneinander getrennt. Auf den beiden Flächen der blattförmigen Biegefeder 13 sind Dehnungsmeßstreifen 19 angebracht. Von diesen führen elektrische Leitungen 20 zu einem (nicht dargestellten) Meßverstärker.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 sind zwei zusätzliche Schenkelstücke 21,22 vorgesehen, die dieselbe Form und dieselben Abmessungen haben wie die Schenkelstücke 11, 12. Diese Schenkelstücke sind symmetrisch zu den Schenkelstücken 11,12 auf der gegenüberliegenden Seite der Biegefeder 13 angeordnet und ihre freien Schenkel bilden einen Spalt 23, der sich verringert, wenn die beiden Abgriffsspitzen 16 sich voneinander entfernen. Auf diese Weise begrenzt der Spalt 23 den Dehnungsbereich und er verhindert eine Überlastung der Feder 13 bzw. der Dehnungsmeßstreifen 19. Wie Fig. 1 zeigt, sind die beiden Schenkelstücke 11 und 21 durch Schrauben 24 miteinander verbunden, die durch entsprechende Löcher in der Biegefeder hindurchgehen und sich in Längsrichtung durch den Schenkel 14 erstrecken. Die Schrauben 24 spannen das eine Ende der Biegefeder 13 zwischen den Stirnseiten der Schenkel 14 der beiden Schenkelstücke 11 und 21 ein. In gleicher Weise verlaufen nicht dargestellte Schrauben durch die unteren Schenkel 14 der beiden Schenkelstükke 12 und 22 hindurch, um das andere Ende der Biegefeder 13 einzuspannen.

Im Einsatzfall erfolgt die Verformung der Biegefeder durch Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der Abgriffsspitzen 16. Dabei vergrößert sich der Luftspalt 18. während sich der Luftspalt 23 verkleinert und die Biegefeder 13 einer nahezu reiner Biegebeiastung ausgesetzt wird. Die Biegung der Biegefeder verursacht eine Dehnung der Randfasern, die mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen 19 erfaßt wird.

F i g. 2 zeigt den Einsatz des Dehnungsaufnehmers 10 an einer stabförmigen Probe 25. Die beiden Abgriffsspitzen 16 sind an die Probe angesetzt und werden von den Haltern 26, 27 fest gegen die Oberfläche der Probe gedruckt gehalten. Die Halter 26, 27 umschließen die Probe und sind an den Schenkelstücken 11 bzw. 12 befestigt. Sie sind elastisch und bewirken eine solche Andrückung der Abgriffsspitzen an die Probe, daß die Angriffspunkte sich während des gesamten Versuchs an der Probe nicht verschieben.

F i g. 3 zeigt den Dehnungsaufnehmer nach F i g. 1 mit zusätzlichen Seitenblechen 28, die die Stirnseiten des von den Schenkelstücken umschlossenen Raumes verschließen, so daß die Biegefeder gegen Luftzug und andere äußere Einwirkungen geschützt ist. Die Platten 28 sind ausschließlich an dem Schenkelstück 11 bzw. dem mit ihm verbundenen zusätzlichen Schenkelstück 21 festgeschraubt, während die miteinander verbundenen Schenkelstücke 12 und 22 in bezug auf die Stirnplatten 28 Bewegungen ausführen können.

Wie aus den Zeichnungen dentlirh ?m prbpnnpn cin.H

sind alle vier Schenkelstücke 11, 12, 21 und 22 einander gleich und sie sind gleichschenklig ausgebildet, so daß sie insgesamt etwa 1 Quadrat einschließen und der Dehnungsaufnehmer nahezu quadratische Außenabmessungen hat.

Wie F i g. 4 zeigt, sind die Abgriffsspitzen auswechselbar. Die Abgriffsspitzen 16 sind dort durch Quarzarme 29 ersetzt, die an ihren freien Enden zu Meßschneiden angeschliffen sind. Die Befestigung des Dehnungsaufnehmers 10 an dem Prüfkörper 25 erfolgt durch entsprechende Halter 30 oder Gummifedern, die gemäß Fig.4 an einer gesonderten Haltevorrichtung 31, die relativ zur Probe 25 feststehend ist, angreifen.

Es ist möglich, den Dehnungsaufnehmer in den kleinen Abmessungen herzustellen. Dadurch können einerseits stark lokalisierte Dehnungen ermittelt werden, andererseits kann der Aufnehmer auch in eng begrenzten Räumen eingesetzt werden. Die austauschbare Biegefeder ermöglicht eine Anpassung des Dehnungsaufnehmers an die jeweilige Versuchsaufgabe (Empfindlichkeit usw.). Bei einer Beschädigung der Biegefeder kann diese einfach und schnell ausgewechselt werden. Die Luftspalte 18 und 23 haben eine Weite von ca. 0,5 bis 1 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

30

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung, mit zwei an eine Probe ansetzbaren steifen Schenkelstücken, die an ihren freien Enden Abgriffsspitzen aufweisen und die durch mindestens eine quer zu den Schenkelstücken verlaufende Biegefeder miteinander verbunden sind, mit einem auf der Biegefeder befestigten elektrischen Dehnungsmeßstreifen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Abgriffsspitzen verändert, mit einem Halter, der die Abgriffsspitzen fest gegen die Oberfläche der Probe andrückt, und mit einer Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung der Schwenkbewegungen der Schenkelstücke relativ zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichlang aus zwei zusätzlichen Schenkelstücken (21,22) besteht, die auf der den Abgriffsspitzen (16) abgewandten Seite der Biegefeder (13) angebracht sind und deren freie Enden durch einen Luftspalt (23) voneinander getrennt sind.

2. Dehnungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten des von den Schenkelstücken (11,12,21, 22) fast ganz umschlossenen Raumes durch Stirnplatten (28) verschlossen sind, von denen jede nur mit einem Schenkelstück (12) starr verbunden ist.

3. Dehnungsaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffsspitzen (16) auswechselbar sind.