DE3634677A1 - Wegaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer, bestehend aus zwei mit einer Feder verbundenen Hebeln, bei dem eine Verschiebung der freien Enden der Hebel auf die Feder übertragen und mittels auf der Feder angebrachter Dehnungsmeßstreifen in ein äquivalentes elektrisches Signal umgewandelt wird.

Ein Wegaufnehmer dieser Art ist bereits aus der DE-PS 27 50 461 bekannt. Bei diesem bekannten Wegaufnehmer werden die beiden biegesteif ausgebildeten Hebel jeweils an ihrem einen Ende durch ein gemeinsames Federjoch gehalten, so daß die Anordnung angenähert die Form eines einseitig offenen Rechtecks annimmt. Zur Messung der Verschiebung an einem Bauteil oder einer Probe, beispielsweise einer Normprobe für werkstoffmechanische Untersuchungen, werden die beiden dem Federjoch abgewandten Enden zwischen zwei Schneiden eingesetzt, die im Abstand voneinander am Meßobjekt angeschraubt sind.

Der Abstand der beiden Schneiden, die beispielsweise zu beiden Seiten eines in einem Werkstück vorhandenen Risses angeordnet sein können, wird dabei so gewählt, daß sich das Federjoch beim Einsetzen des Wegaufnehmers unter Vorspannung befindet.

Wegaufnehmer dieser Art zeichnen sich im allgemeinen durch eine hohe Meßgenauigkeit aus, so daß mit ihnen auch kleinste Verschiebungen im Mikrometer-Bereich gemessen werden können. Zudem sind sie aufgrund ihres vergleichsweise geringen Gewichtes auch für die Messung dynamischer Vorgänge, wie zyklische Bauteilbeanspruchung, geeignet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Wegaufnehmer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Wahrung einer kompakten Bauweise die Möglichkeit besteht, auch vergleichweise große Meßwege mit hoher Meßgenauigkeit zu erfassen.

Die Lösung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei einer Hebel­ länge, wie sie angenähert derjenigen der bekannten Wegauf­ nehmer entspricht, in etwa eine Verdreifachung des zur Verfügung stehenden Meßweges. Die in vorteilhafter Weiter­ bildung des Wegaufnehmers gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahme, die äußeren Enden der Feder gegenüber dem Kreis­ bogen nach außen abzuwinkeln und flächig mit den Außensei­ ten der Hebel zu verbinden, führt nicht nur zu einer Verbesserung der mechanischen Stabilität, sie verhindert zugleich, daß zusätzliche Massen in Form von Paßstücken zur Fixierung der Lage der Feder in bezug auf die Hebel erfor­ derlich sind, die ein zusätzliches Drehmoment bezüglich der Halterung des Wegaufnehmers an den Schneiden zufolge hät­ ten. Der erfindungsgemäße Wegfaufnehmer ist dadurch beson­ ders auch für eine seitliche Anbringung an Bauteilen bzw. Proben geeignet und zeichnet sich überdies durch eine ver­ gleichsweise hohe Reonsanzfrequenz aus.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Feder in demjenigen Bereich, in dem die Dehnungsmeßstreifen appliziert sind, mit einer Querschnittsverjüngung versehen ist. Dies hat den Vorteil, daß dadurch eine Konzentration der durch die Wegänderung hervorgerufenen Verformung auf den mit den Dehnungsmeßstreifen versehenen Bereich erfolgt, wodurch die Signalausbeute bei gegebener Wegänderung erhöht wird. Dem gleichen Zweck dient schließlich auch die weiterhin vorge­ sehene Maßnahme, insgesamt vier Dehnungsmeßstreifen auf der Feder anzuordnen, von denen sich je zwei auf der Ober- und auf der Unterseite der Feder befinden. Zugleich wird dadurch die elektrische Störanfälligkeit der Anordnung auf ein Mini­ mum herabgesetzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 mittels eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Wegaufnehmer gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung und

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des in Fig. 1 gekennzeichneten Bereiches.

Der in Fig. 1 dargestellte Wegaufnehmer besteht aus zwei Hebeln 1 bzw. 2, z.B. aus Titan, die an ihrem einen Ende über ein Gelenk 3 miteinander verbunden sind. Ferner greift an den Außenflächen der beiden Hebel 1, 2 im Abstand zu ihrem vom Gelenk 3 gebildeten Drehpunkt eine Feder 4 an. Diese weist angenähert die Form eines Kreisbogensegmentes auf, wobei ihre beiden Enden nach außen abgewinkelt sind. Diese Enden sind, im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung, jeweils mittels zweier Schrauben 5, 6 bzw. 7, 8 auf den Außenflächen der Hebel 1 bzw. 2 fixiert. Der Ort der Befestigung an den Hebeln 1, 2, insbesondere der Abstand dieses Ortes vom Gelenk 3, bestimmt die durch die Verschiebung der freien Enden hervorgerufene Dehnungsänderung der Feder 4 im Bereich der Dehnungsmeß­ streifen 10, 11 und damit die Empfindlichkeit der Brücken­ meßanordnung.

Die Feder 4, z.B. Inconel, ist an einer Stelle mit einer Querschnittsverjüngung 9 versehen, die im vorliegenden Fall die Form einer Einschnürung in Breitenrichtung aufweist. Im Bereich dieser Querschnittsverjüngung 9 sind in diesem Fall insgesamt vier Dehnungsmeßstreifen in Klebetechnik auf der Feder 4 angebracht, und zwar je zwei auf der Ober- und zwei auf der Unterseite der Feder. In der Abbildung sind davon nur die beiden auf der Außenseite der Feder angeordneten Dehnungsmeßstreifen 10 und 11 sichtbar.

Die vier Dehnungsmeßstreifen sind dabei in der Weise zu einer elektrischen Widerstandsbrücke zusammengefaßt, daß jeweils ein auf der Federaußenseite und ein auf der Federinnenseite angeordneter Dehnungsmeßstreifen gemeinsam einen Zweig der elektrischen Widerstandsbrücke bilden. Die zugehörigen Leitungen zur Verbindung der einzelnen Dehnungsmeßstreifen untereinander sowie zur Einspeisung der Versorgungsspannung und zur Überbrückung der durch die Verformung erzeugten Brückenspannung als Meßsignal an eine externe Verstärkungs­ und Registriereinrichtung sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen worden.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die beiden Hebel 1 und 2 an ihren dem Gelenk 3 abgewandten Enden jeweils eine V-förmige Kerbe 13 bzw. 14 auf. Diese beiden Kerben 13 und 14 wirken mit zwei Schneiden zusammen, die auf dem Bauteil oder auf der Probe angebracht sind, an dem bzw. an der eine Verschiebung zweier Punkte in bezug zueinander gemessen werden soll. Die Schneiden befinden sich dabei beispielsweise zu beiden Seiten eines Risses, dessen durch eine äußere mechanische Beanspruchung hervorgerufene Verformung gemessen werden soll.

Der Abstand der Schneiden am Bauteil oder an der Probe ist dabei so gewählt, daß die beiden Hebel 1 und 2 beim Einsetzen des Wegaufnehmers in die von den Schneiden gebildete Halterung gegen die Kraft der Feder 4 um ein beträchtliches Maß zusammengedrückt werden müssen. Während bei dem in Fig. 1 in etwa in natürlicher Größe abgebildeten Wegaufnehmer der Abstand der beiden Hebel 1 und 2 im Bereich der Kerben 13 und 14 bei entspannter Feder bei etwa 100 Millimetern liegt, würde ein Schneidenabstand von cirka 5 Millimeter gewählt werden. Der Wegaufnehmer nach der Erfindung wäre dann in der Lage, eine Rißuferverschiebung von 30 Millimetern oder mehr noch mit einer Genauigkeit von weniger als 0,5%, bezogen auf den Endwert, zu erfassen.

Die durch die Auslenkung der Feder 4 erzeugte Deformation konzentriert sich dabei überwiegend auf den Bereich der Querschnittsverjüngung 9, wo sie in bekannter Weise eine Dehnung bzw. Kompression der dort befindlichen Dehnungsmeß­ streifen bewirkt, die als Brückenspannung die Messung eines elektrischen, vom Abstand der beiden Kerben 13 und 14 von­ einander abhängigen Signals ermöglicht.

Claims (4)

1. Wegaufnehmer, bestehend aus zwei mit einer Feder verbun­ denen Hebeln, bei dem eine Verschiebung der freien Enden der Hebel auf die Feder übertragen und mittels auf der Feder angebrachter Dehnungsmeßstreifen in ein äquivalentes elektrisches Signal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (1, 2) an ihrem anderen Ende gelenkig miteinander verbunden sind, daß die Feder (4) in etwa die Form eines Kreisbogensegmentes aufweist und daß die Enden der Feder (4) an den Außenflächen der Hebel (1, 2), im Abstand zum Gelenk (3), befestigt sind.

2. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) im Bereich der Dehnungsmeßstreifen (10, 11) eine Querschnittsverjüngung (9) aufweist.

3. Wegaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Dehnungsmeßstreifen (10, 11) auf der Ober- und Unterseite der Feder (4) angeordnet und miteinander in einer Brückenschaltung zusammengefaßt sind.

4. Wegaufnehmer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Feder (4) nach außen abgewinkelt und flächig mit den Außenseiten der Hebel (1, 2) verbunden sind.