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Dokumentenidentifikation DE4337049C1 06.04.1995
Titel Verwendung einer Vorrichtung zur Kalibrierung von Dehnungsmeßgeräten an Werkstoffprüfmaschinen
Anmelder Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Schüßler, Hans-H., Dr.-Ing., 71394 Kernen, DE
DE-Anmeldedatum 29.10.1993
DE-Aktenzeichen 4337049
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.1995
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/08   G01B 11/02   
IPC additional class // G01B 103:10  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Dehnungsmeßgeräten an Werkstoffprüfmaschinen unter Zuhilfenahme eines Präzision-Längenmeßsystems. Damit die Werkstoffprüfmaschine möglichst wirklichkeitsnah kalibriert werden kann, weist die Vorrichtung eine eine Prüflast simulierende Probefeder auf, die im Abstand zueinander angeordnete und sich bei Dehnung oder Streckung in Hinblick auf die Längenmessung der Probefeder sich nicht verdrehende oder verschwenkende Meßpunkte zur Längenmessung durch das Präzision-Längenmeßsystem aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung zur Kalibrierung von Dehnungsmeßgeräten an Werkstoffprüfmaschinen unter Zuhilfenahme eines Präzision-Längenmeßsystems gemäß dem Anspruchs 1.

Die Gestaltung einer für die beanspruchte Verwendung einsetzbaren Vorrichtung ist aus der DE-Z: Zeitschrift f. Metallkunde, Bd. 58 (1967) H. 9, S. 621-625 bekannt. Dort ist insbesondere aus Bild 2 eine Vorrichtung an einer Werkstoffprüfmaschine bekannt, die zur Messung einer Kraft verwandt wird, die auf eine in die Werkstoffprüfmaschine eingebaute Probe wirkt. Damit mittels der Vorrichtung die auf die Probe einwirkende Kraft meßbar ist, weist die Vorrichtung eine Feder genau bekannter Federkonstante auf, die in die Wirkungslinie der einwirkenden Kraft eingebaut ist. Beim Anliegen einer einwirkenden Kraft wird die Länge der Feder verändert. Zur quantitativen Bestimmung der einwirkenden Kraft wird die Längenänderung der Feder mittels eines Präzisions-Längenmeßsystems gemessen. Die Meßpunkte des Präzisions-Längenmeßsystems sind hierzu voneinander beabstandet und im Hinblick auf eine Längenänderung der Feder verdreh- und verschwenkfrei angeordnet. Eine Kalibrierung des Dehnungsmeßgerätes der Werkstoffprüfmaschine ist aus dieser Druckschrift jedoch nicht bekannt.

Zur sicheren Bestimmung der mechanischen Werkstoffeigenschaften im Hinblick auf elastisches Verhalten und Festigkeit sind bei der Prüfung und amtlichen Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen für Zug- und Druckversuche genaue Angaben zum Verhalten von Kraft, Längenänderung bzw. Dehnung und Materialquerschnitt während des Versuchsablaufes erforderlich. Die Zug- bzw. Druck-Probe wird i.a. zwischen Klemmbacken eingespannt, die auf Traversen parallelgeführt und durch die Maschine mittels Spindelantrieb kontinuierlich in ihrem Abstand verändert werden, wobei sich die Kraftzunahme an der Probe einstellt.

Für die Bestimmung der Proben-Dehnung reicht es schon bei geringen Genauigkeitsanforderungen nicht aus, die Bewegung der Traverse maschinenseitig zu erfassen, da darin die Einflüsse von eventuellen Nachgiebigkeiten der Maschine, Nachgiebigkeiten des Kraftsensors, Nachgiebigkeiten der Klemmbacken, ein Verrutschen der Probe in den Klemmbacken, und die Dehnung in den Anfangs- und Endbereichen der Probe, die sich zur Probenmitte verjüngen, enthalten sein können. Daher wird die Dehnung direkt an der Probe im mittleren Bereich mit konstantem Querschnitt erfaßt, indem mechanische oder optische Taster in einem Grundabstand auf die Probe angesetzt werden.

Bei mechanischen Systemen werden mechanische Tastschneiden auf die Probe gesetzt. Man unterscheidet kurzbauende Ansetz-Dehnungsaufnehmer in Form eines Meßkopfes, der einseitig an die Probe angesetzt und selbsttragend mittels Federkraft gehalten wird. Sie verfügen über zwei kurze Schneidenarme, einen festen und einen beweglichen, der die Längenänderung infolge der Proben-Dehnung mitmacht. Solche Aufnehmer kommen mit einem Grundabstand (L0) zwischen 10 und 20 mm zum Einsatz und sind für kleine Dehnungen/Hübe bis ca. 2 mm vorgesehen.

Für größere Hübe bzw. Dehnungen kommen Systeme mit zwei getrennten Meßköpfen zum Einsatz, von denen jeder über einen beweglichen Doppelarm mit Tastschneiden verfügt, die die Probe beidseitig als gefederte Schere umklammern. Diese Meßköpfe sind an Führungsstangen verschiebbar gehaltert oder werden automatisch nachgeführt. Solche Doppelarm-Meßtaster haben eine Meßarm-Länge von 275 bis 625 mm und eine Auflösung von ca. 2 µm. Die Meßarme sind im einfachsten Fall als Hebelarme mit einem Drehgelenk (Hub von 30 bis 60 mm) ausgebildet, wobei jeder Meßkopf über ein eingebautes einzelnes Wegmeßsystem (z. B. induktive Wegaufnehmer oder kurze Glasmaßstäbe) verfügt, deren Signale direkt oder als Differenz dem Dehnungswert entsprechen. Für höhere Genauigkeitsanforderungen sind die Meßköpfe parallelgeführt und verfügen über ein induktives Differenz-Wegmeßsystem oder über einen gemeinsamen längeren Glasmaßstab mit optischen Leseköpfen, deren Differenz wieder dem Dehnungswert entspricht.

Bei optischen Systemen sind im Grundabstand (L0) auf der Probe optische Markierungen (z. B. Kreise) aufgebracht, die berührungslos von optischen Meßköpfen im Abstand von ca. 300 mm während des Dehnversuches verfolgt werden. Dazu sind die Meßköpfe an einer Stange parallel geführt und werden einzeln von einem Seil- oder Bandantrieb so nachgeführt, daß die Markierung stets im gleichen Bildpunkt liegt.

Die Höhenveränderungen dieser beiden Meßköpfe werden als Dehnungssignal ausgenutzt. Für hohe Genauigkeitsanforderungen werden auch höhere Anforderungen an die Geradheit und Winkeltreue der Führung, an das Längenmeßsystem der Meßköpfe sowie an eine ruckfreie und überschwingfreie Nachführung gestellt.

Aus den genannten technischen Gründen, wegen des häufig rauhen Einsatz-Umfeldes dieser feinmechanischen Meßeinrichtungen und aus Gründen von Zertifizierungs-Auflagen ist eine Prüfung bzw. amtliche Kalibrierung aller Arten von Dehnungsaufnehmern erforderlich. Nach DIN 51307 ist dies jährlich zu wiederholen. Nach derzeitigem Stand der Technik werden dazu - ohne Kraftbelastung - die Bewegungen der beiden Probenenden auf der Maschine oder durch eine Hilfsvorrichtung, z. B. einem Meßständer, simuliert, indem zwei Bolzenabschnitte von Hand oder motorisch schrittweise oder kontinuierlich höhenverstellt werden. Der Dehnungsaufnehmer wird betriebsüblich mechanisch bzw. optisch an diese Bolzen gesetzt. Bei der Methode mit einem Meßständer ist der untere Bolzen fest, der obere beweglich. Deren Abstandsänderung wird im einfachsten Fall außerhalb der Bolzen-/Meßachse vom Meßsystem des Meßständers, bei höheren Genauigkeitsansprüchen durch ein in der Bolzen-/Meßachse angeordnetes Präzision-Längenmeßsystem (inkrementaler Meßtaster oder Laserinterferometer) gemessen. Eine solche manuelle Ausführung mit koaxialem Inkremental- Meßtaster wird z. B. in der Firmenschrift der Fa. Müller- Falkenberg GmbH, Eickelscheidt 15, 40883 Ratingen, 1993: Längenänderungsmessung mit Präzision, Typ KMF vertrieben.

Nach DIN 51 307 wird empfohlen, die Bewegung beider Taster bzw. Markierungen entsprechend dem Verhalten der realen Zug-Probe vorzusehen, indem die beiden Taster bzw. Markierungen wie bei der Probe anteilig gemäß ihren Längenverhältnissen (z. B. im Verhältnis 20% bzw. 80% der Gesamt-Proben-Dehnung von 100%) verschoben werden. Dies kann durch die Hilfsvorrichtung mit zwei Meßständern realisiert werden, die so angeordnet sind, daß die beiden getrennt beweglichen Bolzen in einer vertikalen Meßachse liegen. Die Abstandsmessung zwischen den Bolzen erfolgt wieder wie im vorangegangenen Beispiel. Die beiden Bolzen könnten auch auf der Vertikalführung des gleichen Meßständers geführt sein.

Bei elastischen Werkstoffen (Kunststoff, Gummi, Elastomere, usw.) werden in der Regel große Dehnungen von bis zu 2000% erreicht, so daß nachgeführte Meßtaster erforderlich sind. Wegen der großen Verformungen auch an der Oberfläche werden zudem optische Meßtaster bevorzugt.

Aus der DE-Z: Techn. Messen 58, Integriert-optische Sensoren für die Weg-, Kraft- und Brechungsindexmessung auf der Basis von Silizium, (1991) 4, S. 146-151 , G. Ulbers ist es bekannt, zwei interferometrische Sensoren als direktes Dehnungsaufnehmer-System an einer Zugprobe anzuwenden. Diese Sensoren sind jedoch zwangsläufig außerhalb der Probenachse angeordnet und unterliegen dadurch dem Verformungseinfluß (sog. "Meßzirkel") der gesamten Maschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kalibrierung von Dehnungsaufnehmern unterschiedlicher Bauarten und für alle Dehnungsbereiche möglichst betriebsüblich, unter Kraft-Belastung - wie bei einem Zugversuch - und mit hoher Genauigkeit an einer beliebig wiederverwendbaren Einrichtung ohne Zerstörung einer Probe zu ermöglichen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß anstelle einer Probe eine Probefeder verwendet wird, die im Abstand zueinander angeordnet und bei Dehnung oder Stauchung der Probefeder sich nicht verdrehende oder verschwenkende Meßpunkte zur Längenmessung aufweist. Die im Anspruch 1 angesprochenen Meßpunkte sind hierbei nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen, sondern gewissermaßen als Meßansatzstellen, an denen einerseits koaxial ein Präzisions-Längenmeßsystem, insbesondere Meßreflektoren eines Laser-Interferometers, angreifen und andererseits das zu prüfende Dehnungsmeßsystem, d. h. bei mechanischen Systemen die Tastschneiden oder bei optischen Systemen die zur Längenänderung verwandten Markierungen, angeordnet sind.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Probefeder entlang ihrer Dehnungsrichtung drei Federbereiche mit i.a. unterschiedlichen Federhärten aufweist, wobei das Präzision-Längenmeßsystem die Längenänderung des mittleren, harten Federbereiches mißt. Von besonderem Vorteil hat es sich erwiesen, daß die Probefeder keine Feder(n) mit exakter bzw. genau bekannter Federkonstante sein muß (müssen), da die Längenänderung der Probefeder unter Belastung durch die Werkstoffprüfmaschine extern gemessen wird.

In besonderer Ausgestaltung kann die Probefeder ein Federkörper sein, wobei ein Federkörper aus unterer und oberer Feder - entsprechend den Anfangs- und Endbereichen der Probe - und im mittleren Bereich aus einer Federkonfiguration besteht, bei der eine Feder koaxial oder mehrere Federn in einem Kreis angeordnet sind. Die Verbindung zwischen äußeren und mittleren Federn erfolgt durch starre Querplatten oder durch starre Rohrstücke, die Platz zum betriebsüblichen Ansetzen der Meßtasterschneiden bzw. für die Markierungen für optische Meßtaster aufweisen und in bzw. zwischen denen ein Präzision-Längenmeßsystems, insbesondere ein Laserinterferometer mit den entsprechenden optischen Bausteinen, eingebaut ist.

Durch Wahl und Montage der Federn als Zug- oder Druckfedern kann die Probefeder als Zug- oder als Druckprobe gestaltet sein. Durch Austausch der Federn und ihrer Federkonstanten kann das elastische Verhalten einer Probe und ihre äußeren Abmessungen weitgehend nachgebildet werden.

Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen entnehmbar und werden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine aus drei Schraubenfedern gebildete Probefeder für Zug- und Druckversuche,

Fig. 2 eine Probefeder mit zwei Querplatten für Zugversuche,

Fig. 3 eine einseitige Laserinterferometer-Meßanordnung mit außen feststehendem Laserkopf für eine Probefeder nach Fig. 2,

Fig. 4 eine einseitige Laserinterferometer-Meßanordnung mit mitgeführtem Miniatur-Laserkopf für eine Probefeder nach Fig. 2,

Fig. 5 eine zweiseitige Laserinterferometer-Meßanordnung für eine Probefeder nach Fig. 2 und

Fig. 6 eine koaxiale Probefeder mit abschnittsweise flachen Zwischenstücken.

In Fig. 1 ist eine kompakte Ausführung einer Probefeder 10 dargestellt, die aus drei Schraubenfedern 11, 12, 13 gebildet ist, wobei die Schraubenfedern 11, 12, 13 durch die starre Zwischenstücke aus Rohrstücken 16, 17 miteinander verbunden sind, auf die die Schraubenfedern 11, 12, 13 in Gewindegängen aufgeschraubt sind. Die oberen und die unteren Schraubenfedern 11, 13 simulieren ein Dehnungsverhalten der Anfangs- und Endbereiche einer sonst in die Werkstoffprüfmaschine eingespannten Probe. Die Schraubenfedern 11, 12, 13 sind, ebenso wie die Rohrstücke 16, 17 koaxial angeordnet. Dadurch können alle Arten von Dehnungsaufnehmern, also auch kurzbauende Ansetz-Aufnehmer, beliebig am Umfang an diese Rohrstücke 16, 17 angesetzt werden.

An den freien Enden der Probefeder 10 sind Endstücke 14 angeordnet, die wie bei einer Blech-Probe flach oder wie bei einer Stab-Probe rund ausgeführt sein können. Des weiteren ist es günstig diese Endstücke 14 austauschbar zu gestalten. In die Rohrstücke 16, 17 lassen sich z. B. die interferometrischen Bauteile 35, 36, 37, insbesondere ein mitgeführtes Miniatur-Laserinterferometer 31 platzsparend einbauen.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung einer Probefeder 20 mit einer oberen Schraubenfeder 23, einer unteren Schraubenfeder 21, sowie mit einem mittleren Federsatz 22, wobei der Federsatz 22 mit den beiden Schraubenfedern 21, 23 durch starre Querplatten 26, 27 verbunden ist. An den freien Enden der Schraubenfedern 21, 23 sind ebenfalls Endstücke 24 angeordnet, die zum Einklemmen in Klemmbacken einer Werkstoffprüfmaschine dienen. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben, dienen die oberen und die unteren Schraubenfedern 21, 23 auch hierbei dazu, das Dehnungsverhalten der Anfangs- und Endbereiche einer sonst in die Werkstoffprüfmaschine eingespannten Probe zu simulieren. Der mittlere, durch den Federsatz 22 gebildete Abschnitt ist durch die an den Querplatten 26, 27 umfangsseitig angeordneten und parallel zueinander ausgerichteten Schraubenfedern 22&min;, 22&min;&min; dargestellt. In der Figur sind zwar nur zwei Schraubenfedern 22&min;, 22&min;&min; dargestellt, allerdings ist es sinnvoll, zumindest drei Schraubenfedern rotationssymmetrisch anzuordnen. Die biegesteifen Querplatten 26, 27 bieten Platz zur Montage bzw. zum Anbringen der Meßpunkte. Im vorliegenden Fall eines Laserinterferometer sind diese Meßpunkte durch optische Bauteile, wie Tripelreflektoren 36, 37, 38, Strahlteiler 35, Umlenkprismen 33, 34 für externe Laser 30, 32 und/oder Laser in Miniaturbauweise 31 gebildet.

Im dem nicht dargestellten Fall eines an sich bekannten Präzision-Längenmeßsystems, wie bspw. einem mechanischen Doppelarm- Taster, können die Taster an den bolzenförmigen Aufsätzen der Querplatten 26, 27 aufgesetzt werden. Da sich die Querplatten 26, 27 bei der Beanspruchung der Probefeder 20 keine Formveränderung erfahren, ist gewährleistet, daß hier die exakte Längenänderung gemessen wird.

Soll die Längenänderung unter Zuhilfenahme optischer, an der Probefeder 20 angeordneter Markierungen, wie geschwärzte Punkte, Leuchtmarken, Fadenkreuze oder dgl. gemessen werden, ist es aus dem gleichen Grund sinnvoll, diese ebenfalls an den Querplatten 26, 27, bzw. bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, an den starren Rohrstücken 16, 17 anzuordnen. Im Unterschied zu der echten Probe mit optischen Markierungen bleiben bei den dargestellten Probefedern 10, 20 die Markierungen in ihrer Ausgangsform erhalten und unterliegen keiner, ansonst infolge der Materialdehnung auftretenden, elliptischen Verzerrung.

In allen diesen Fällen ist es bei mit Druck belasteten Probefedern 10, 20 günstig, die starren Zwischenstücke der Probefedern, also die Rohrstücke 16, 17 bzw. die Querplatten 26, 27, durch seitliche, gegebenenfalls teleskopartige Führungsstangen 15, 25 zu führen, um ein Ausknicken der Schraubenfedern 11, 12, 13, 21, 22&min;, 22&min;&min;, 23 bzw. der starren Zwischenstücke (Rohrstücke 16, 17 bzw. Querplatten 26, 27) zu verhindern.

Zur Berechnung der anteiligen Dehnungen der unteren Schraubenfeder 11 bzw. 21 (Dehnung 19), der mittleren Schraubenfeder 12 bzw. dem mittleren Federsatz 22 (Dehnung 15) und der gesamten Probefeder 10 bzw. 20 (Dehnung lges) dient die Reihen- bzw. Parallelschaltung (i = Anzahl paralleler Schraubenfedern 12, bzw. 22&min;, 22&min;&min; im mittleren Abschnitt der Probefeder 10 bzw. 20) von Schraubenfedern mit den entspr. Federkonstanten c:



Für c5 = c9 folgt zusammengefaßt



Für das Verhältnis der Längenänderungen ergibt sich:



bzw. umgeformt:



Für ein gewünschtes Längenänderungs-Verhältnis 19/lges = 0,2 ergibt sich daraus.



Insgesamt kann die Gesamt-Federkonstante nach Gl. (1) und das Längenänderungs- bzw. Dehnungs-Verhältnis nach Gl. (4) berechnet werden und danach die Schraubenfedern 11, 12, 13, bzw. 21, 22&min;, 22&min;&min;, 23 mit der geeigneten Federkonstante ausgesucht werden.

In Fig. 3 ist anhand des Ausführungsbeispieles einer Probenfeder 20 nach Fig. 2 eine einseitige Laserinterferometer-Meßanordnung mit außen feststehendem Laser 30 dargestellt. Das Licht des Lasers 30 wird über ein erstes, ebenfalls außerhalb der Probefeder 20 ortsfest angeordnetes Umlenkprisma 33 auf ein auf der unteren Querplatte 27 angeordnetes zweites Umlenkprisma 34 umgelenkt. Das zweite Umlenkprisma 34 leitet den Laserstrahl auf einen ebenfalls an der unteren Querplatte 27 angeordneten Strahlteiler 35, der den Laserstrahl in einen Meß- und einen Referenzstrahl aufteilt. Der Meßstrahl wird in Richtung der oberen Querplatte 26 gelenkt, wo ein erster Tripelreflektor 36 angeordnet ist, der den Meßstrahl in Richtung des Strahlteilers 35 zurückreflektiert, von wo er zu einem Empfänger im Laserkopf des Lasers 30. Der die Strahlungsteilerebene unabgelenkt passierende Referenzstrahl gelangt auf einen unmittelbar an dem würfelförmigen Strahlteiler 35 angeordneten zweiten Tripelreflektor 37, von dem er über den Strahlteiler 35 zurück ebenfalls in Richtung des Empfängers geleitet wird. Der Referenzstrahl und der Meßstrahl gelangen zur Interferenz, wodurch eine Messung der Abstandsänderung der beiden Querplatten 26, 27 zueinander durch Zählung der Minima und oder der Maxima der Intensitäten der interferierenden Lichtwellen des Referenzstrahles und des Meßstrahles ermöglicht ist.

Eine weitere Anordnung eines Laserinterferometers ist in Fig. 4 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist der Laser 31 in Miniaturbauweise, bspw. als Halbleiterlaser ausgeführt und ebenfalls wie der Empfänger (nicht dargestellt) auf der unteren Querplatte 27 angeordnet. Im Unterschied zu der vorherigen Anordnung fällt hier das Laserlicht direkt auf den Strahlteiler 35, wodurch auf die beiden Umlenkprismen 33, 34 verzichtet werden kann. Des weiteren entfällt gleichfalls auf eine aufwendige und zeitintensive Justierung der Strahlengänge in Richtung des Strahlenteilers 35 und vom Strahlenteiler 35 retour zum Empfänger.

Eine zweiseitige Anordnung eines Laserinterferometers, bei dem die Genauigkeit der Messung durch eine Verdoppelung der gemessenen Wegstrecke gesteigert wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Laser 32 mit eingebautem Empfänger außerhalb der Probefeder 20 ortsfest angeordnet. Der würfelförmige Strahlteiler 35 ist gleichfalls ortsfest zwischen den beiden Querplatten 26, 27 angeordnet. Auf seinen in Richtung der beiden Querplatten 26, 27 weisenden Flächen ist der Strahlteiler mit "λ/4"-Platten 39, 40 versehen, die bei einmaligem Durchtritt des Meßstrahles durch sie hindurch, dessen Polarisationsart von einer linearen Polarisierung in eine zirkulare Polarisierung bzw. umgekehrt wandeln bzw. bei zweimaligen Durchlaufen die Polarisationsebene um 90° drehen. Dadurch wird der vom Strahlteiler 35 zuerst in Richtung der oberen Querplatte 26 umgelenkte und vom ersten Tripelreflektor 36 zurückgeworfene Meßstrahl von dem Strahlteiler 35 nicht in Richtung des Empfängers umgeleitet, sondern in Richtung eines an der unteren Querplatte 27 angeordneten dritten Tripelreflektors 37, wobei der Meßstrahl, bedingt durch den Durchtritt des Meßstrahles durch die auf der der unteren Querplatte 27 zugewandten Fläche des Strahlteilers 35 angeordnete "λ/4"-Platte 40, seine Polarisation abermals ändert. Dieser von der unteren Querplatte 27 kommende Meßstrahl passiert zuerst die "λ/4"-Platte 40 und anschließend den Strahlteiler 35unabgelenkt und gelangt über die "λ/4"-Platte 39 unter wiederum sich ändernden Polarisation erneut zum ersten Trippelreflektor 36. Der erneut vom ersten Trippelreflektor 36 reflektierte Meßstrahl gelenkt nun zum Strahlenteiler 35, der ihn in zum zweiten Tripelreflektor 57, also dem an dem Strahlteiler 35 direkt angeordnete Tripelreflektor 37 der Referenzstrecke, umlenkt. Der vom zweiten Tripelreflektor 37 zurückkehrende Meßstrahl wird in Richtung des Empfängers umgeleitet und zur Interferenz mit dem Referenzstrahl gebracht, wobei der Referenzstrahl vom Laser 32 durch den Strahlenteiler 35 auf den zweiten Trippelreflektor 37 zurück zum Empfänger gelangt.

In Fig. 6 ist eine koaxiale Probefeder mit abschnittsweise flachen Zwischenstücken dargestellt, die insbesondere für Dehnungsmeßgeräte mit mechanischen Tastformen geeignet ist. Im Hinblick auf das Ansetzen mechanischer Tastformen und eine häufig zu flache Ausgestaltung von Probefasern, die z. B. aus Blech oder Plattenmaterial ausgeschnitten werden, kann es zweckmäßig sein, bei den Zwischenstücken 16a, 16b und 17a, 17b mit einem kurzen flachen Mittenabschnitt 16c bzw. 17c zu versehen, der aus Flachmaterial gefertigt ist. Hierbei ist es, um Verformungseinflüsse zu vermeiden, sinnvoll, die optischen Komponenten eines Präzisions- Längenmeßsystems direkt an den flachen Mittenstücken 16c bzw. 17c anzuordnen (siehe Ausschnittsvergrößerung Fig. 6).

Prinzipiell ergeben sich bei der Probefeder noch weitere, bislang nicht zur Verfügung stehende, vorteilhafte und zerstörungsfreie Nutzungsmöglichkeiten. So kann die Probefeder z. B. in verschiedenen Dehnungsmeßgeräten an einer einzigen Werkstoffprüfmaschine verwandt werden, wodurch die unterschiedlichen Dehnungsmeßgeräte im Vergleich zueinander beurteilt werden können. Bei einer zerstörenden Prüfung können hierzu nur gleichartige Proben verwandt werden, die untereinander immer differieren, weshalb ein realer Vergleich hier unmöglich ist. Des weiteren ist durch den Einsatz der Probefeder auch erstmals eine Reproduzierbarkeit der Messung, bzw. der Überprüfung gegeben. Dadurch können z. B. Reproduzierbarkeits-Messungen bei gleichen Dehnungsbewegungen oder auch unterschiedlichen Dehnungsbewegungen, bei denen bspw. die Geschwindigkeit der Dehnung oder der Hub oder dgl. verändert wird, vorgenommen werden. In beiden Fällen lassen sich die Bewegungsabläufe bspw. durch den Einsatz von Rechnern automatisieren, wobei die gemessenen Dehnungen und Kräfte gleichfalls erfaßbar sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Verwendung einer Vorrichtung zur Kalibrierung von Dehnungsmeßgeräten an Werkstoffprüfmaschinen unter Zuhilfenahme eines Präzision-Längenmeßsystems, welche Vorrichtung eine für die Werkstoffprüfmaschine eine Probe simulierende Probefeder (10, 20) aufweist, welche Probefeder (10, 20) im Abstand zueinander angeordnete und bei Dehnung oder Stauchung der Probefeder (10, 20) sich nicht verdrehende oder verschwenkende Meßpunkte zur Längenmessung durch einerseits das Präzision-Längenmeßsystem und andererseits das zu kalibrierende Dehnungsmeßgerät aufweist.
  2. 2. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probefeder (10, 20) eine Hintereinanderschaltung dreier Federn (11, 12, 13, 21, 23) oder Federsätze (22) aufweist, wobei die mittlere der Federn (12) bzw. Federsätze (22) mit den sich daran anschließenden Federn (11, 13, 21, 23) bzw. Federsätzen durch je ein starres Zwischenstück verbunden ist bzw. sind und daß die starren Zwischenstücke für die Anordnung der Meßpunkte vorgesehen sind.
  3. 3. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung der Probefeder (10, 20) für Druck-Proben an den Enden der Probefeder (10, 20) angeordnete Endstücke (14, 24) und die Zwischenstücke gegen ein Ausknicken zueinander gesichert sind.
  4. 4. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung der Probefeder (10, 20) für Druck-Proben an den Enden der Probefeder (10, 20) angeordnete Endstücke (14, 24) und die Zwischenstücke über seitliche Führungsstangen (15, 25) gegen ein Ausknicken zueinander gesichert sind.
  5. 5. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (14, 24) austauschbar sind.
  6. 6. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke der mittleren Feder (12) der Probefeder (20) durch zwei starre Querplatten (26, 27) gebildet sind und daß zwischen den beiden Querplatten (26, 27) mehrere, symmetrisch verteilte Federn (22&min;, 22&min;&min;) bzw. Federsätze angeordnet sind.
  7. 7. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke in Erstreckungsrichtung der Probefeder (10, 20) flach und/oder quer zur Erstreckungsrichtung der Probefeder (10, 20) rund sind.
  8. 8. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzision-Längenmeßsystem ein Laserinterferometer ist, dessen Meßstrecke oder deren optische Bausteine im Bereich zwischen den Zwischenstücken angeordnet sind.
  9. 9. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Kleinbauweise ausgeführte Laserlichtquelle (30, 31, 32) und ein Meßlichtempfänger auf einem der Zwischenstücke angeordnet sind.






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