LOW-TEMPERATURE DISPLACEMENT PICK-UP

Abstract: 1. Cryo-transducer for measuring variations in length of a material specimen tensile loaded in a material testing machine at cryo-temperatures down to 4 K, comprising : a) a first contact blade (2) and a second contact blade (8) clamped to a material specimen, b) a plate spring (14) with strain gauges (13) applied in a bridge arrangement and which is rigidly connected to one of the contact blades (2, 8), c) a deflection of one of the contact blades (2, 8), generated by the variation in length of the material specimen, acting on the strain gauges (13) and generating a signal voltage proportional to the change of spacing between the first contact blade (2) and the second contact blade (8), d) a device (26) by which a minimum spacing of the contact blades (2, 8) can be set, e) connection of the displacement transducer to the material specimen via a clamping device (18, 18') consisting of two elastic clamping blades each (22, 23), each of them connected with one of the contact blades (2, 8) via a threaded rod (19, 19') setting the spacing between the contact blades (2, 8) and the clamping blades (22, 23), with f) a supporting leg (1) made as the first contact blade (2) on one of its ends and a measuring leg (7) made as the second contact blade (8) on one of its ends, g) the supporting leg (1) and the measuring leg (7) having several continuous transverse slots (3) arranged at predetermined spacings on the sides facing each other, normal to their longitudinal direction, h) a conical bearing (6) connecting the supporting leg (1) with the measuring leg (7) to be used for setting the measurement sensitivity and the strain zone and which can be optionally placed into one of the transverse slots (3), i) the conical bearing (6) connecting the supporting leg (1) with the measuring leg (7), made free from play and causing little friction, j) the deflection of the free end of the measuring leg (7), caused by the variation in length of the material specimen, acting on the strain gauge (13), k) the supporting leg (1) provided with a tapped whole in the transverse slot (3) adjacent to the first measuring blade (2), which tapped hole accommodating an adjusting screw serving as a device (26) for setting the spacing between the first contact blade (2) and the second contact blade (8) at the beginning of a measurement.

Description: Tieftemperatur-Wegaufnehmer Die Erfindung betrifft einen Tieftemperatur-Wegaufnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Wegaufnehmer dienen der Ermittlung von Werk stoffgrössen, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Wegen der zunehmenden Bedeutung der Tieftemperaturtechnologie werden jetzt Wegaufnehmer benötigt, mit denen Werkstoffe in dem Temperaturbereich zwischen 293 und 4 K untersucht werden können. Es ist ein Wegaufnehmer bekannt (Datenblatt 2630 der Firma Instron Liited, Coronation Road, High Wycombe, Bucks, England, 1981), bei den zwei Schneiden in einem vorbestimmten Abstand auf eine Werkstoffprobe geklemmt werden und der bei Belastung der Werkstoffprobe sich ändernde Schneidenabstand über eine aus vier in einer Brückenschaltung angeordneten Dehnungs nEMstreifen in ein Spannungssignal umgesetzt wird. Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung bestehen insbesondere darin, dass für jeden von mehreren Dehnungsbereichen der Werkstoffprobe jeweils ein anderer an diesen Dehnungsbereich angepasster Wegaufnehmer erforderlich ist und dass dessen Platzbedarf in Längsrichtung der Werkstoffprobe mindestens 20 mm beträgt. Bei einem anderen bekannten Wegaufnehmer (Datenblatt der Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH in Darmstadt für einen Dehnungsaufnehmer DD1 vom Januar 1981) ist es auch bekannt, einen ersten Wegaufnehmer durch einen zweiten auf der Gegenseite der Werkstoffprobe angeordneten Wegaufnehmer festzuklemmen. Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung sind die gleichen, wie be der anderen bekannten Einrichtung. Ausserdem ist der Einsatz der bekannten Messeinrichtungen auf -700C bzw. -2000C beschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wegaufnehmer zu entwickeln, der es ermöglicht, einen weiten Bereich der Dehnung der Werkstoffprobe bei einstellbarer Messempfindlichkeit zu erfassen, und der für Messungen bei Kryotemperaturen im Bereich bis 4 K geeignet ist. Diese Aufgabe wird bei einem Wegaufnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst. Die mit dem vorgeschlagenen Wegaufnehmer erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Tragschenkel und Messschenkel mit den Messschneiden unabhängig von dem die Messwerte umformenden Dehnungsmessstreifen arbeiten, dass der Dehnungsbereich und damit auch die Empfindlichkeit der Messung einstellbar sind, dass die Bauhöhe der Messeinrichtung im Bereich der Werkstoffprobe sehr klein ist und dass die Messungen auch im Bereich bis 4 K temperaturunabhängig sind. Ein Ausführungsbeispiel eines Tieftemperatur-Wegaufnehmersist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Draufsicht des Wegaufnehmers, Fig. 2 Seitenansicht des Wegaufnehmers, Fig. 3 Eichgeraden Fig. 4 Messempfindlichkeit In Fig. 1 ist der erfindungsgemässe Wegaufnehmer in seiner Draufsicht und in Fig. 2 in seiner Seitenansicht dargestellt. Ein Tragschenkel 1 ist an einem seiner Enden als eine erste Messschneide 2 ausgebildet und weist an einer Seite in vorbestimmten Abständen mehrere durchgehende, senkrecht zur Längsrichtung des Tragschenkels 1 angeordnete Quernute 3 auf. In einer frei wählbaren Quernut 3 ist ein aus einem Federwerkstoff bestehender U-förmig ausgebildeter Lagerbock 4 mit dem Tragschenkel 1 verschraubt. Die freien Schenkel des Lagerbockes 4 weisen an den Innenseiten Einsenkungen zum Aufnehmen der kegelförmigen Enden einer Lagerwelle auf, die in einem Lagerblock 5 eingeschlossen ist. Der Lagerblock 5 ist in.einer der Quernute 3 des Messschenkels 7 durch eine Schraube fixiert und bildet gemeinsam mit der mit ihren Spitzen in den Einsenkun- gen des Lagerbockes 4 ruhende Lagerwelle ein spielfreies und reibungsarmes Spitzenlager 6, das den Tragschenkel 1 mit einem Messschenkel 7 gelenkig verbindet. Das eine Ende des Messschenkels 7 ist als eine der ersten Messschneide 2 zugeordnete zweite Messschneide 8 ausgebildet, das andere Ende weist einen Rücksprung 9 auf, in dem ein Klemmstück lo mit einer Schraube 11 gehalten ist. Das Klemmstück lo weist an seiner dem Messschenkel 7 zugewandten Seite eine Abschrägung 12 auf. Die Dehnungsmessstreifen 13 sind auf eine Blattfeder 14 appliziert, deren eines Werde einen aus Isoliermaterial bestehenden Anschlussblock 15 fest mit dem Tragschenkel 1 verbunden ist und deren freies Ende an der Abschrägung 12 des Klermstückes lo gleitend in der zwischen dem Messschenkel 7 und dem Klemmstück lo gebildeten V-förmigen Nut geführt ist. Über eine Lötleiste 16 sind die Anschlüsse der Dehnungsmessstreifen 13 mit den Adern-17 eines Messkabels verbunden, welche durch Bohrungen des Anschlussblockes 15 geführt sind. In einer der Messschneide 2, 8 unmittelbar benachbarten Quernut 3 des Tragschenkels 1 und des Messschenkels 7 ist ein Ausleger 18 verschraubt. Eine Bohrung des Auslegers 18 nimmt eine Gewindestange 19 auf, die mit Muttern 20 verstellbar und deren freies Ende mit einer Traverse 21 fest verbunden ist. Auf der der ersten oder der zweiten Messschneide 2, 8 zugewandten Seite des Auslegers 18 ist jeweils eine erste Klemmschneide 22 bzw. eine zweite Klemmschneide 23 über einen Federsteg 24 angeschlossen und mit einer am äusseren Ende von Traverse 21 und Klemmschneide 22, 23 angreifenden Ringfeder 25 vorgespannt. Der Tragschenkel 1 ist in einem der ersten Messschneide 2 benachbarten Bereich mit einerGewindebohrung versehen, die eine Stellschraube 26 zum Einstellen des Abstandes zwischen der ersten Messschneide 2 und der zweiten Messschneide 8 am Beginn einer Messung aufnimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Tieftemperatur-Wegaufnehmers beträgt der Abstand der Messschneiden lo mm und kann mit der Stellschraube 26 auf 8 mm verkleinert werden. Je näher das Spitzenlager 6 an die Messschneiden 2, 8 gebracht wird, umso grösser wird die Empfindlichkeit der Messeinrichtung und umso kleiner wird der mit den Messschneiden erfassbare Dehnungsbereich, Umgekehrt wird mit zunehmendem Abstand des Spitzen lagers 6 von den Messschneiden 2, 8 die Empfindlichkeit kleiner und der Dehnungsbereich grösser. Durch Verschieben des den Tragschenkel 1 mit dem MeL- schenkel 7 verbindenden Spitzenlagers 6 kann also die Empfindlichkeit und der Dehnungsbereich eingestellt werden. Durch Änderung des Abstandes der Mess schneiden 2, 8 mit der Stellschraube 26 wird eine weitere stufenlose Änderung des Dehnungsbereiches bewirkt. Am Beginn jeder Messung wird bei einer vorbestimmten Einstellung des Spitzenlagers 6 und der Stellschraube 26 mit einem Mikrometer eine Eichung des Wegaufnehmers vorgenommen, indem vorbestimmte Abstände der Messschneiden 2, 8 mit dem Mikrometer eingestellt und die zugehörige Brückenspannung gemessen wird. In Fig. 3 sind Eichgeraden für einen Wegaufnehmer nach der Erfindung bei einem Abstand der Messschneiden 2 und 8 von L0 = 9,7 mm als Bezugslänge und Anordnung des Spitzenlagers 6 in der mittleren der in Fig. 2 gezeichneten drei Quernute 3 dargestellt. Die untere erste Eichgerade 30 gilt für Raumtemperatur 293 K, die obere zweite Eichgerade 31 ist bei in Flüssigstickstoff (77 K) eingetauchtem Wegaufnehmer und die mittlere dritte Eichgerade 32 für Flüssighelium (4 K). Der Einfluss des Abstandes des Spitzenlagers 6 von den Messschneiden auf die Empfindlichkeit ergibt sich aus Fig. 4. Die erste Empfindlichkeitsgerade 40 zeigt bei einem Abstand der Messschneiden von L0 = 8,9 mm und bei Raumtemperatur die Brückenspannung U in Abhängigkeit von der bei Zugbelastung der Werkstoffprobe auftretenden Längenänderung4L in mm, wenn das Spitzenlager 6 in der mittleren der drei in Fig. 2 gezeichneten Quernute 3 angeordnet ist. Die zweite Empfindlichkeitsgerade 41 ergibt sich unter sonst gleichen Bedingungen, wenn das Spitzenlager 6 in der von den Messschneiden 2, 8 weiter entfernten Quernut 3 eingesetzt ist. Die Messempfindlichkeit des Wegaufnehmers steigt also an, wenn der Abstand des Spitzenlagers 6 von der Messschneiden 2, 8 kleiner wird. Bezugszeichenliste: Fig. 1 und 2 1 Tragschenkel 2 l.Messschneide an 1 3 Quernut in 1 4 Lagerbock von 6 5 Lagerblock von 6 6 Spitzenlager 7 Messschenkel 8 2.Messschneide an 7 9 Rücksprung lo Klemmstück 11 Schraube in 10 12 Abschrägung an 10 13 Dehnungsmessstreifen 14 Blattfeder 15 Anschlussblock 16 Lötleiste 17 Adern eines Messkabels 18 Ausleger 19 Gewindestange 20 Mutter 21 Traverse 22 1. Klemmschneide 23 2. Klemmschneide 24 Federsteg 25 Ringfeder 26 Stellschraube L0 Abstand von 2 und 8 dL Abstandsanerung von 2 und E bei Zugbelastung der Probe U Brückenspannung in Volt Fia. 3 30 1. Eichgerade 273 K 31 2. Eichgerade 77 K - FiN2 32 3. Eichgerade 4 K FlHe Fia. 4 40 l.Empfindlichkeits- gerade 41 2.Empfindlichkeits gerade

Claims: Patentansprüche: 1. Tieftemperatur-Wegaufnehmer zum Messen der Längenände rung einer bei Kryotemperaturen bis 4 K in einer Werkstoffprüfmaschine auf Zug belasteten Werkstoffprobe, mit den Merkmalen: a) eine erste Messschneide (2) und eine zweite Mess schneide (8) sind an eine Werkstoffprobe ange klemmt, b) mit einer der Messschneiden (2, 8) ist eine Blatt feder (14) fest verbunde, auf welche vier in eier Brückenschaltung angeordnete Dehnungsmess streifen (13) appliziert sind, c) eine durch die Längenänderung der Werkstoffprobe erzeugte Auslenkung einer der Messschneiden (2, 8) wirkt auf die Dehnungsmessstreifen (13) und er zeugt eine derÄnderur.g des Abstandes zwischen der ersten Messschneide (2) und der zweiten Messschnei de (8) proportionale Signalspannung, d) der Wegaufnehmer ist an die Werkstoffprobe ange schlossen i) durch eine Klemmvorrichtung, die aus zwei fe dernden Klemmschneiden (22, 23) besteht, die jeweils mit einer der Messschneiden (2, 8) über eine den Abstand zwischen Messschneide (2, 8) und Klemmschneide (22, 23) einstellenden Ge windestange (19) verbunden ist, oder durch einen dem ersten Wegaufnehmer identi schen zweiten Wegaufnehmer, der diametral zu dem ersten auf der Werkstoffprobe durch eine einstellbare Schraubverbindung festklemm bar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: e) ein Tragschenkel (1) ist an einem seiner Enden als erste Messschneide (2) und ein Messschenkel (7) ist an einem seiner Enden als zweite Messschneide (8) ausgebildet, f) ein Tragschenkel (1) und der Messschenkel (7) weisen an ihre einander zugewandten Seiten in vorbestimmten Abständen mehrere durchgehende, senk recht zu ihrer Langsrichtung angeordnete Quernute (3) auf, g) ein den Tragschenkel (1) mit dem Messschenkel (7) verbindendes Spitzenlager (6) ist zum Einstellen der Messempfindlichkeit und des Dehnungsbereiches wahlweise in eie der Quernute (3) einsetzbar, h) eine durch dieLänenänderung der Werkstoffprobe erzeugte Auslenkung des freien Endes des Mess schenkels (7) wirkt auf die Dehnungsmessstreifen (13), i) der Tragschenkel (1) ist in einem der ersten Messschneide (2) benachbarten Bereich mit einer Gewindebohrung versehen, die eine Stellschraube (26) zum Einstellen des Abstandes zwischen der ersten Messschneide (2) und der zweiten Messschneide (8) am Beginn einer Messung aufnimmt. 2. Tieftemperatur-Wegaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das den Tragschenkel (1) mit dem Messschenkel (7) verbindende Spitzenlager (6) ist spielfrei und reibungsarm ausgebildet, b) ein auf den Tragschenkel (1) aufschraubbarer Lagerbock (4) besteht aus einem Federwerkstoff und ist U-förmig ausgebildet, c) die freien Schenkel des Lagerbockes (4) weisen an den Innenseiten Einsenkungen zum Aufnehmen der kegelförmigen Enden einer Lagerwelle auf, d) die Lagerwelle ist fest in einen Lagerbock (5) eingeschlossen, der in einer der Quernute (3) mit dem Messschenkel (7) verschraubbar ist. 3. Tieftemperatur-Wegauf nehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das freie Ende des Messschenkels (7) weist einen Rücksprung (9) auf, in dem ein Klemmstück (lo) mit einer Schraube (11) gehalten ist, b) das freie Ende des Klemmstückes (lo) weist auf seiner dem Messschenkel (7) zugewandten Seite eine Abschrägung (12) auf, c) in der zwischen Messschenkel (7) und Klemmstück (lo) gebildeten V-förmigen Nut ist das freie einer Ende/an der Abschrägung (12) des Klerrmstückes (lo) gleitenden, die Dehnungsmessstreifen (13) tragenden Blattfeder (14) geführt, d) das andere Ende der Blattfeder (14) ist über einen Anschlussblock (15) fest mit dem Trag schenkel (1) verbunden.

Inventors: HENNINGER, KLAUS, NYILAS, ARMAN, DR.
Applicants: KERNFORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE GMBH
Application year: 1983
Main classification: G01B7
IPC codes: G01B7