DD247281A1 - Messwertuebertragungssystem fuer schlag-, pendelschlag- und fallwerke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messwertuebertragungssystem zur Uebertragung von physikalischen Messgroessen, die bei der Pruefung des Verformungs- und Bruchverhaltens standardisierter Pruefkoerper unterschiedlicher geometrischer Dimensionen, Halbzeugen, Bau- und Formteilen aus polymeren und anderen Werkstoffen bei hohen Beanspruchungsbedingungen mit instrumentierter Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerken auftreten. Die Messgroessen werden mit verschiedenen Sensoren registriert und anschliessend elektronisch ausgewertet. Die erfindungsgemaesse Aufgabenstellung wird dadurch geloest, dass am Schlagbolzen des Schlag-, Pendelschlag- oder Fallwerkes ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter angebracht sind, deren Ausgaenge ueber elektronische Stufen, in denen eine Signalaufbereitung erfolgt, mit einem Kondensator verknuepft sind. Der Kondensator besteht aus einem Metallstreifen am Schlagbolzen und einem Fallrohr, in dem der Schlagbolzen gefuehrt wird. Ueber ihn werden die aufbereiteten Signale ueber eine Eingangsstufe einer Verarbeitungsstufe zugefuehrt, die mit einer Auswerteeinrichtung verknuepft ist. Dabei koennen ausserhalb des Schlagbolzens ein oder mehrere Sensoren zur Aufnahme weiterer physikalischer Parameter angeordnet sein, die ueber eine elektronische Verarbeitungsstufe der Auswerteeinrichtung zugefuehrt werden.

Description

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Meßwertubertragungssysteme fur Schlag-, Pendelschlag und Fallwerke anzugeben, die auf rationelle Weise die Übertragung physikalischer Meßgroßen zur Durchfuhrung bruchmechanischer Schlagprufungen an standardisierten Prüfkörpern, Halbzeugen, Bau- und Formteilen unterschiedlicher geometrischer Dimensionen gestattet, ohne daß Meßwertverfalschungen auftreten Dabei ist eine hohe Reproduzierbarkeit zu realisieren

Das Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßwertubertragungssystem fur Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerke vorzuschlagen, mit dem die interessierenden physikalischen Meßwerte gleichzeitig erfaßt, übertragen und wahlweise dargestellt werden können Dabei soll das Fallwerk elektrisch von der Auswerteelektronik getrennt werden Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß auf einen an sich bekannten instrumentierten Schlagbolzen ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung physikalischer Meßgroßen angeordnet sind Der Schlagbolzen wird in einem Fallrohr gefuhrt Erfipdungsgemaß können außerhalb des Schlagbolzens und des Fallrohres weitere Sensoren zur Erfassung von Meßgroßen angebracht sein Schlagbolzen und Fallrohr sind Bestandteil eines üblichen Fallwerkes fur die bruchmechanische Schlagprufung Gemäß der Erfindung ist im bzw am Schlagbolzen eine elektronische Einheit angebracht, die die erfaßten Meßwerte elektronisch aufbereitet Der Ausgang der elektronischen Einheit ist mit einem Koppel-Kondensator verbunden, dessen erste Platte erfindungsgemaß durch einen Metallstreifen am Schlagbolzen und dessen zweite Platte durch das Fallrohr gebildet wird Gemäß der Erfindung werden die elektronisch aufbereiteten Meßsignale über den Metallstreifen und das Fallrohr einer extern liegenden Eingangsstufe zugeführt, der eine entsprechende Auswerteeinnchtung nachgeschalten ist Zur regelgerechten Arbeitsweise von mehreren auf dem Schlagbolzen angebrachten Sensoren besteht die elektronische Einheit im bzw am Schlagbolzen erfindungsgemaß aus einem Steuerglied, dessen Eingang mit den Ausgangen der Sensoren und dessen Ausgang mit den Eingangen von Operationsverstärkern verbunden sind Die Anzahl der nachgeschalteten Operationsverstärker ist gleich der Anzahl der eingesetzten Sensoren

Den Operationsverstärkern sind entsprechende Modulatoren, ein Oszillator, eine Pufferstufe und eine Ausgangsstufe nachgeschalten, die mit der ersten Kondensatorplatte verbunden ist Zur geordneten Zuschaltung der auf dem Schlagbolzen positionierten Sensoren besitzt das Steuerglied erfindungsgemaß einen Nebeneingang, der mit einem zweiten Metallstreifen verbunden ist Der zweite Metallstreifen und das Fallrohr bilden einen weiteren Koppelkondensator über den Taktimpuls zum Steuerglied übertragen werden Gemäß der Erfindung ist dazu das Fallrohr mit dem Ausgang eines Synchrontaktgebers verbunden, dessen Eingang mit einem zweiten Stellglied verknüpft ist Das zweite Steuerglied bewirkt gleichzeitig die entsprechende Zu- bzw Umschaltung der Auswerteeinrichtung Erfindungsgemaß können außerhalb des Fallwerkes ein oder mehrere weiteren Sensoren zur Erfassung von pyhsikalischen Meßwerten angebracht werden Ihre Zuschaltung erfolgt analog der Anordnung fur die Sensoren, die sich auf dem Schlagbolzen befinden Dazu sind die Sensoren außerhalb des Fallwerkes mit einer weiteren elektronischen Einheit verbunden, deren Ausgang direkt mit der Auswerteeinrichtung verknüpft ist Diese elektronische Einheit wird ebenfalls durch den Synchrontaktgeber gesteuert

Die erfindungsgemaße Anordnung gestattet die reproduzierbare, gleichzeitige Meßwerterfassung und die wahlweise Darstellung der Meßwerte entsprechend der meßtechnischen Aufgabenstellung Dabei treten keine Verfälschungen der Meßwerte durch die hohe mechanische Beanspruchung im Fallwerk auf Die erfindungsgemaße Losung hat den Vorteil, daß sie entsprechend der meßtechnischen Aufgabenstellung rationell aufgebaut ist und jederzeit beliebig erweitert werden kann Die Meßwerterfassung erfolgt fur alle Meßwerte absolut reproduzierbar

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausfuhrungsbeispiel erläutert werden Fig 1 Schaltungsanordnung des Meßwertubertragungssystem mit Empfangsteil

Das Meßwertubertragungssystem befindet sich in einem an sich bekannten instrumentierten Schlagbolzen 1, der in handelsüblichen Fallwerken in einem dazugehörigen Fallrohr 2 gefuhrt wird und der Empfangstell in einer nachgeschalteten elektronischen Baugruppe, die außerhalb des Fallrohres 2 angeordnet ist Der Schlagbolzen 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylinderschaft und einem Stoßelement

Nach Einlegen eines Bau- oder Formteils wird der Schlagbolzen 1 in beliebiger Hohe aus einer Ausklinkvorrichtung ausgelost und bewegt sich durch das Fallrohr 2 in Richtung des Bau- oder Formteiles

Die von einem oder mehreren Sensoren 3,4,5,6 aufgenommenen physikalischen Meßsignale werden in elektrische Meßgroßen gewandelt, wobei der Sensor 3, ein Kraftmeßsensor, in eingefrasten Nuten auf dem Zylinderschaft, der Sensor 4, ein Temperaturmeßsensor, im Stoßelement und der Sensor 5, ein Beschleunigungssensor ist, der hinter dem Stoßelement innerhalb des Schlagbolzens 1 angeordnet ist Der Sensor 6, ein Wegsensor, ist außerhalb des Schlagbolzens 1 angeordnet Die Sensoren 3,4, 5, 6 werden über ein erstes Steuerglied 7 und einen Synchrotaktgeber 8 zeitlich nacheinander synchron mit einer zugehörigen Auswerteeinrichtung 9 zusammengeschaltet Dazu ist das Steuerglied 7 fur die Zuschaltung der Sensoren 3,4, 5 über das Fallrohr 2 und einer Empfangsplatte 10 mit einem zweiten Steuerglied 11 verbunden Die im Synchrontaktgeber 8 erzeugten Taktimpulse bewirken über das Steuerglied 11 die zeitlich nacheinander folgende Zuschaltung der Sensoren 3,4 und 5 und direkt die Zuschaltung des Sensors 6 Die vom jeweiligen Sensor 3,4,5 aufgenommenen und umgewandelten Meßgroßen werden jeweils über einen Operationsverstärker 12,13,14 — einem dazugehörigen Modulator 15,16,17 — zugeführt Jeder Modulator 15,16,17 besteht aus einem Spannungs-Frequenzwandler, der eine Frequenz oder eine Phasenmodulation im Bereich 1-11 kHz vornimmt Dazu sind die Modulatoren 15,16,17 mit einem Oszillator 18 verbunden Das vom Oszillator 18 erzeugte und durch die Modulatoren modulierte Signal wird einer Pufferstufe 19 zugeführt Damit werden Belastungsanderungen, die auf den

Oszillator 18 wirken, verhindert. Der Pufferstufe 19 ist eine Ausgangsstufe 20 nachgeschaltet. Das dort weiter aufbereitete Meßsignal wird einer Abstrahlvorrichtung 21 zugeführt, die mit dem Fallrohr 2 einen Koppelkondensator bildet. Die Ausgangsstufe 20 besteht aus einer Leistungsstufe und einer Anpaßstufe, die der impedanzmäßigen Anpassung an den aus der Abstrahlvorrichtung 21 und dem Fallrohr 2 bestehenden Koppelkondensator dient.

Zwischen Abstrahlvorrichtung 21 und Fallrohr 2 bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, über das die entsprechende Meßwertübertragung erfolgt. Das Fallrohr 2 ist mit einer Eingangsstufe 22 verbunden, die aus einer Mischstufe, einer Oszillatorstufe, einer ZF-Stufe und einer Demodulatorstufe besteht. Am Ausgang der Demodulatorstufe liegt das ursprünglich in eine Frequenz von 1-11 kHz gewandelte Meßsignal wieder vor. Dieses Signal wird über eine Verarbeitungsstufe 23 der Auswerteeinrichtung 9zugeführt. In der Auswerteeinrichtung 9 erfolgt eine Meßwertdarstellung nach Signalformumsetzung mit Tansientenspeicher.

Die vom Sensor 6 aufgenommene und umgewandelte Meßgröße wird einer elektronischen Verarbeitungsstufe 23 zugeführt. In dieser Stufe erfolgt eine Verstärkung des Meßwertes durch eine Operationsverstärkung und eine entsprechende Anpassung an die Auswerteeinrichtung 9. Gleichzeitig wird die zeitlich richtige Zuschaltung zur Auswerteeinrichtung 9 gewährleistet. Dazu ist die Verarbeitungsstufe 23 mit dem Synchrontaktgeber 8 verbunden. Mit der vorliegenden Anordnung ist es möglich, ein oder mehrere physikalische Meßgrößen, die bei der Stoßbeanspruchung von Bau- und Formteilen auftreten, zu messen und zeitlich nacheinander darzustellen.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1 Meßwertubertragungssystem fur Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerke zur Registrierung von Meßwerten bei der instrumentierten Schlagprufung von Formteilen aus verschiedenen Materialien unter Verwendung eines Universalschlagprufgerates, bestehend aus einem Fallrohr mit einem dann bewegbaren Schlagbolzen und einer elektronischen Auswerteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Schlagbolzen ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter angebracht sind, deren Ausgange über elektronische Stufen, in denen eine Signalaufbereitung erfolgt, mit einem Kondensator verknüpft sind, dessen erste Platte durch einen Metallstreifen am Schlagbolzen und dessen zweite Platte durch das Fallrohr gebildet wird und über den die aufbereiteten Signale über eine Eingangsstufe einer Verarbeitungsstufe zugeführt werden, die mit ei ner Auswerfeinrichtung verknüpft ist, wobei außerhalb des Schlagbolzens ein oder mehrere Sensoren zur Aufnahme weiterer physikalischer Parameter angeordnet sein können, die über eine elektronische Verarbeitungsstufe der Auswerteeinrichtung zugeführt werden

   2 Meßwertubertragungssystem nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgange der Sensoren am Schlagbolzen einem Steuerglied zugeführt sind, dem entsprechend der Anzahl der Sensoren parallel mehrere Operationsverstärker, mehrere Modulatoren, ein Oszillator, eine Pufferstufe und eine Ausgangsstufe nachgeordnet sind, wobei das Steuerglied einen weiteren Eingang besitzt, der mit einem Kondensator verbunden ist, dessen erste Platte durch einen weiteren Metallstreifen und dessen zweite Platte durch das Fallrohr gebildet wird, die über einen Synchrontaktgeber mit einem weiteren Steuerglied verbunden ist, welches auch mit der Auswerteeinrichtung verknüpft ist

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Meßwertubertragungssystem zur Übertragung von physikalischen Meßgroßen, die bei der Prüfung des Verformungs- und Bruchverhaltens standardisierter Prüfkörper unterschiedlicher geometrischer Dimensionen, Halbzeugen, Bau- und Formteilen aus polymeren und anderen Werkstoffen bei hohen Beanspruchungsbedingungen mit instrumentierten Schlag-, Pendelschlag- und Fallwerken auftreten Die Meßgroßen werden mit verschiedenen Sensoren registriert Derartige Meßgroßen bilden die Grundlage fur eine mikrostrukturell begründete Charakterisierung, des Werkstoffverhaltens Sie werden als Zielgroßen in der Werkstoffentwicklung angewendet Die Erfindung ist anwendbar in werkstofftechnischen Pruflaboratonen der Industrie, Hochschul- und Akademieforschungseinnchtungen und im Amt fur Standardisierung, Meß- und Warenprüfung

   Charakteristik der bekannten technischen Losungen

   Fur die Beurteilung des Verformungs- und Bruchverhaltens standardisierter Prüfkörper unterschiedlicher geometrischer Dimensionen, Halbzeugen, Bau- und Formteilen aus polymeren und anderen Werkstoffen bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten, insbesondere in instrumentierten Schlag-Pendelschlag und Fallwerken sind Meßwertubertragungssysteme bekannt, mit denen eine elektronische Erfassung der Schlagkraft und der Verformung wahrend des Verformungsvorganges möglich ist Dadurch werden auch die Prozesse der Rißeinteilung und Rißausbreitung registrierbar und bruchmechanische Auswertemethoden zur Bestimmung von Werkstoffkenngroßen anwendbar Zur Aufnahme der physikalischen Meßgroßen werden in den instrumentierten Schlagbolzen, Fall- oder Pendelschlaghammern geeignete Sensoren eingesetzt, wobei ζ B fur die Messung der Schlagkraft vorzugsweise Piezokraftmeßdosen (H Blumenauer, Plaste und Kautschuk 20 [1973] 832) oder Widerstandselemente, vorwiegend Halbleiter und Drahtdehnmeßstreifen (H Blumenauer, Technische Bruchmechanik 1982, W Grellmann Schlagbolzen fur Schlag-, Pendelschlag-und Fallwerke DD 215171) eingesetzt werden Nachteil dieser instrumentierten Schlagbolzen ist es, daß die Kopplung der als Meßwertaufnehmer fungierenden Sensoren und der Meßwertverstarker mit den elektronischen Auswerteeinheiten über starre oder flexible Kabel erfolgt Durch die Mitfuhrung der Meßkabel bei den sich bewegenden instrumentierten Schlagbolzen, Fall- oder Pendelschlaghammern kommt es zur mechanischem Beeinflussung und zu Storschwingungen Durch die Überlagerung von Storschwingungen auf den tatsächlichen Schlagkraft-Verformungs-Verlauf wird die bruchmechanische Auswertung und die rechnergestutzte Kennwertangabe mit Hilfe entsprechender Founer-Analysen erschwert bzw ist deren Durchfuhrung mathematisch wenig sinnvoll Insbesondere ist die Festlegung von entsprechenden Meßgroßen im Registrierungsdiagramm, wie die maximale Bruchkraft im Moment des Bruches des Prüfkörpers, die Kraft beim Übergang vom elastischen zum elastisch-plastischen Werkstoffverhalten, der elastische Anteil an der Gesamtverformungsarbeit des Prüfkörpers, der plastische Anteil an dieser Verformungsarbeit und die insbesondere bei hochveredelten Polymerwerkstoffen auftretende Rißverzogerungsenergie mit beträchtlichen Fehlern behaftet Eine Verfälschung der physikalischen Meßgroßen bedeutet Unsicherheiten und Fehler bei der Kennwertangabe und kann somit zur Zahigkeitsuberbewertung von Prüfkörpern, Halbzeugen sowie Bau- und Formteilen fuhren Damit sind die Ansprüche an die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer von Maschinen, Anlagen und Bauteilen nicht mehr gewahrleistet Ein weiterer Nachteil bekannter Meßwertubertragungssysteme besteht von vornherein dann, daß durch die Mitfuhrung der Meßkabel, insbesondere bei der Bauteil- und Formteilprufung in instrumentierten Fallwerken, eine Störanfälligkeit gegeben ist, die ein Abreißen der Meßkabel beim freien Fall oder nach dem Auftreffen auf das Bau oder Formteil begründet Hierdurch kommt es zum Ausfall der Meßapparatur

   Nachteilig ist weiterhin, daß auf Grund der Lange der Meßkabel (häufig 0 5 m) auf der Ubertragungsstrecke Meßwertaufnehmer-, Meßwertwandler-Verstarker und Auswerteelektronik Ubertragungsfehler durch kapazitive Verluste und Ubergangswiderstandsanderungen der Größenordnung mü, hervorgerufen durch Korrosion oder Kontaktunsicherheiten, die Kalibrierstabilitat des Meßwertubertragungssystem negativ beeinflussen