DE2816444C2 - Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung mit zwei an Probe ansetzbaren steifen Schenkelstücken, welche durch mindestens eine quer zu den Schenkelstücken verlaufende Blattfeder miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Blattfeder befestigten elektrischen Dehnungsmeßstreifen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Abgriffsspitzen verändert

Ein Dehnungsaufnehmer dieser Art, bei dem die Schenkelstücke in einen Spalt eines Werkstückes oder einer Probe einsetzbare Arme sind, gehört zum (nicht vorveröffentlichten) Stand der Technik (DE-OS 50461). 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 Rächen (DE-OS 16 23721) 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

ίο gemeinsamen Basis hervorgehen, erfolgt eine ungleichförmige Verteilung des Biegemomentes auf die Länge einer jeden Blattfeder. In der Näfie der Basis ergibt sich ein hoher Dehnungsgradient, so daß selbst in dem relativ schmalen Bereich eines einzigen Dehnungsmeß- Streifens an verschiedenen Stellen unterschiedliche Eiegemomente 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 Biegemomentes zur Folge, was zu Meßwertstreuungen führen kann.

Bekannt ist schließlich 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip des für Messungen in WerkstUckspalten geeigneten Dehnungsaufnehmers der DE-OS 27 50 461 auch für Dehnungsmessungen nutzbar zu machen, die an einer Außenwand einer Probe durchgeführt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

vorgesehen, daß die Schenkelstücke an ihren freien

Enden Abgriffsspitzen aufweisen, die von einem Halter

fest gegen die Oberfläche der Probe drückbar sind.

Ein derartiger Dehnungsaufnehmer wird von dem

Halter gegen die Oberfläche der Probe gedruckt, wobei die freien Enden der Abgriffsspitzen schlupffrei an der Probe angreifen. Wenn sich die Abgriffsspitzen bei einer Verformung der Probe relativ zueinander bewegen,

werden die Schenkelstücke auseinanderbewegt und die Blattfeder durchgebogen. Diese Durchbiegung wird mit den Dehnungsmeßstreifen gemessen und elektrisch ausgewertet Dabei hat sich eine ausgezeichnete Linearität zwischen Dehnungsweg und Meßspannung ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Dehnungsaufnehmer erhält man eine exakt symmetrische Verformung der Biegefeder, wobei sich das Biegemoment unter Vermeidung starker örtlicher Spannungskonzentrationen über ι ο die Länge der Biegefeder verteilt

Auf der den Angriffsspitzen abgewandten Seite der Biegefeder können zwei zusätzliche Schenkelstücke angebracht sein, deren freie Enden durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Dabei ist jeder der ersten Schenkelstücke mit einem der zusätzlichen Schenkelstücke verbunden, so daß die zusätzlichen Schenkelstücke bei einer Bewegung der beiden Abgriffsspitzen relativ zueinander ebenfalls mitbewegt werden. Werden die beiden Abgriffsspitzen auseinanderbewegt, dann bewegen sich die freien Schenkel der zusätzlichen Schenkelstücke aufeinander zu, bis sie schließlich zusammenstoßen und dadurch de.i Meßbereich begrenzen und eine Überlastung der Biegefelder verhindern.

Um in Bereichen örtlicher Spannungskonzentrationen Spannungsverteilungen bzw. Spannungsgradienten ermitteln zu können, ist es gelegentlich erforderlich, Paare von Abgriffsspitzen sehr nahe aneinander anzuordnen bzw. ineinander zu verschachtelt Die Erfindung ermöglicht wegen des extrem einfachen mechanischen Aufbaus des Dehnungsaufnehmers eine solche Anordnung. Zu diesem Zweck umschließen die Schenkelstücke zusammen mit der Biegefeder in Seitenansicht einen freien Raum nahezu vollständig, in den ein gleichartiger Dehnungsaufnehmer mit kleineren Abmessungen derart einsetzbar ist, daß die Abgriffsspitzen beider Dehnungsaufnehmer etwa auf einer Geraden liegen.

Voraussetzung hierfür ist also, daß gleichartige Dehnungsauiiiehmer in unterschiedlichen Größen vorhanden sind, so daß der jeweils kleinere Dehnungsaufnehmer in den von dem größeren Dehnungsaufnehmer umschlossenen Raum hineinpaßt. Die Abgriffsspitzen sämtlicher ineinander geschachtelter Dehnungsaufnehmer haben unterschiedliche Größen und sind derart bemessen, daß alle Spitzen schließlich etwa in einer Flucht liegen.

Wenn nur ein einziger Dehnungsaufnehmer für sehr genaue Messungen verwandt wird, können die Stirnseiten des von den Schenkeistücken und der Biegefeder fast ganz umschlossenen Raumes durch Stirnplatten verschlossen sein, von denen jede mit nur einem der Schenkeistücke 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 Schenkelstuckes 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;

Fiy. 2 zeigt die Anwendung des Dehnungsaufnehmers nach Fi g. I bei einer Probe und seine Anbringung an der Probe mit einem Htiter;

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

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

Fig.5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Dehnungsaufnehmers in drei unterschiedlichen Größen in einem Dehnungsaufnehmersystem zur Ermittlung von Dehnungsverteilungen.

Der Dehnungsaul'nehmer 10 in F i g. 1 besteht aus zwei gleichartigen Schenkelstücken 11,12, die durch die Biegefeder 13 miteinander verbunden sind. Jedes der Schenkelstücke 11, 12 hat einen Schenkel 14, der rechtwinklig zur Biegefeder 13 verläuft und an dessen Stirnseite die Biegefeder anliegt An dem zweiten Schenkel 15 eines jeden Schenkelstückes ist eine Abgriffsspitze 16 auswechselbar befestigt Die Abgriffsspitzen weisen von der Biegefeder 13 fort. Die beiden Schenkel 14 und 15 gehen jeweils durch ein Übergangsstück 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 Spalt 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 U, 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 F i g. 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 Schenkelstücke 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 Abgriffs^spitzen 16. Dabei vergrößert sich der Luftspalt 18, während sich der Luftspalt 23 verkleinert und die Biegefeder 13 einer nahezu reinen Biegebelastung 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 gedrückt 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 deutlich zu erkennen sind, sind alle vier Schenkelstücke 11, 12, 21 und 22 einander gleich und sie sind gleichschenklig ausgebildet, so daß sie insgesamt etwa I 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 Λ» ersetzt, die an ihren freien Enden zu fvfeuschneiden 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 Luftspalten 18 und 23 haben eine Weite von ca. 0,5 bis 1 mm.

In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform des Meßwertaufnehmers in drei Größen ineinander geschachteltdargestellt.

Die beiden Schenkelstücke 35 und 36 sind jeweils durch eine Biegefeder 37 miteinander verbunden, die einstückig mit den Schenkelstücken hergestellt werden kann. Die Schenkelstücke 35, 36 schließen zusammen mit der Biegefeder 37 einen etwa quadratischen Raum fast ganz, nämlich bis auf die Lücke zwischen den freien

■> Enden 39 der Schenkelstücke. Beidseitig des Spaltes 38 befinden sich die betreffenden Abgriffsspitzen 40.

Bewegen sich die Abgriffsspitzen 40 infolge einer Dehnung der (nicht dargestellten) Probe voneinander fort, so wird die Biegefeder 37 durchgebogen und die

ίο Biegung wird mit den Dehnungsmeßstreifen 41 ermittelt.

Im Innern des von dem größten Dehnungsaufnehmer 42 umschlossenen Raums befindet sich ein zweiter gleichartiger Dehnungsaufnehmer 43 und in diesem ist wiederum ein dritter gleichartiger Dehnungsaufnehmer 44 angeordnet. Die Abgriffsspitzen 45 des mittleren Dehnungsaufnehmers 43 ragen durch den Spalt 38 hindurch, und /wischen ihnen befinden sich noch die Abgriffsspitzen 46 des kleinsten Dehnungsaufnehmers

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Dehnungsaufnehmer liegen auf einer gemeinsamen Geraden. Dies bedeutet, daß die Abgriffsspitzen 46 länger sein müssen als die Abgriffsspitzen 45 und diese wiederum müssen länger sein als die Abgriffsspitzen 40.

2i Die Ineinanderschachtelung der drei Dehnungsaufnehmer erfolgt mit solchen Spiel, daß jeder Dehnungsaufnehmer sich frei verformen kann und dabei von den anderen Dehnungsaufnehmern nicht behindert wird. Die Lthnungsaufnehmer arbeiten also unabhängig

Ji voneinander. Je nach den Meßanforderungen können sie in unterschiedlichen Anzahlen eingesetzt werden. Mit Hilfe dieses Dshnungsaufneiimersystems lassen sich Dehnungsverteilungen und Dehnungsgradienten im Bereich von Spannungskonzentrationen an flachen oder gekrümmten Prüfkörpern erfassen. Beispielsweise kann die Dehnungsverteilung an Profilproben bis in den Bereich großer plastischer Verformung gemessen werden. Die Befestigung der Dehnungsaufnehmer erfolgt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit Hilfe

•to von Federn oder Bändern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dehnungsaufnehmer für die Werkstoffprüfung mit zwei an Probe ansetzbaren steifen Schenkelstükken, welche durch mindestens eine quer zu den Schenkelstücken verlaufende Blattfeder miteinander verbunden sind, und mit einem auf der Blattfeder befestigten elektrischen Dehnungsmeßstreifen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Abgriffsspitzen verändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelstücke (11, 12; 35,36) an ihren freien Enden Abgriffsspitzen (16; 40, 45, 46) aufweisen, die von einem Halter (26, 27) fest gegen die Oberfläche der Probe (25) drückbar sind.

2. Dehnungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Abgriffsspitzen (16) sbgewandten Seite der Blattfeder (13) zwei zusätzliche Schenkelstücke (21, 22) angebracht sind, deren freie Enden ourch einen Luftspalt (23) voneinander getrennt sind.

3. Dehnungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelstücke (35, 36) zusammen mit der Blattfeder (37) in Seitenansicht einen freien Raum nahezu vollständig umschließen, in den ein gleichartiger Dehnungsaufnehmer (43) mit kleineren Abmessungen derart einsetzbar ist, daß die Abgriffsspitzen (40,45) beider Dehnungsaufnehmer (42,43) etwa auf einer Geraden liegen.

4. Dehnungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten des von den Schenkelstücken (ti, 12,21,22) und der Blattfeder (13) fast ganz umschlossenen Raumes durch Stirnplatten (28) verschlossen sind, von denen jede mit nur einem Schenkeistück (12) starr verbunden ist

5. Dehnungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffsspitzen auswechselbar sind.

6. Dehnungsaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Schenkelstücke (11,12) ein Halter (26, 27, 30) zur Befestigung an einer Haltevorrichtung (31) oder direkt an der Probe (25) angebracht ist