Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dehnungsmeßstreifen für Messungen an Bolzen


von Stefan L. (sudos)


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Hallo,

ich möchte gerne die auf einem Bolzen einwirkende Kraft messen und bin 
daher auf der Suche nach geeigneten Lösungen. Die Kraft liegt im Bereich 
von 5 bis 150kg und der Bolzen hat einen Bleistift-ähnlichen 
Durchmesser.

Eine Möglichkeit wäre, einen Dehnungsmesstreifen innerhalb des Bolzen zu 
platzieren, wie z.B. hier zu sehen: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/43418/E-155.pdf

Allerdings kostet dieser DMS um die 160€, was für meine Zwecke zu teuer 
ist.

Gibt es hierzu Alternativen, bzw. andere Möglichkeiten der Messung?

von Ulrich (Gast)


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Um die Dehnung im Bolzen zu messen muss der Sensor schon irgendwie in 
den Bolzen. Die alternative eine externen Messung mit einem ganz 
normalen Bolzen per Rönthgen oder Neutronenbeugung ist noch deutlich 
teurer.

Da sind 160 Eur eigentlich noch ein relativ ziviler Preis für einen 
speziellen Kraftsensor.

Vom Messprinzip gäbe es da ggf. noch ein paar Alternativen zum DMS, z.B. 
per optisch Lichtwellenleiter, Kapazitiv oder per LDT. Aber schon der 
erste Schritt, ein genau definiertes kleine Loch (z.B. 1 mm, 10 mm tief) 
in einen hochfesten Bolzen zu bekommen ist schwer und teuer. Da wird 
kaufen vermutlich billiger und zuverlässiger als eine Eigenkonstruktion 
- es sei denn man braucht davon Tausende.

von Stefan O. (stefano)


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Hallo!

> ich möchte gerne die auf einem Bolzen einwirkende Kraft messen (...)

Wie wird der Bolzen belastent und was genau moechtest du messen?

> Die Kraft in Zug/Druckkraft
> Die Scherkräfte
> Biegemomente

Erlaubt es deine Anodrnung auch den DMS am Umfang des Bolzens 
anzubringen oder müssen die Kräfte im eingebauten Zustand gemessen 
werden?

Jenachdem stehen dir alleine mit DMS eine Vielzahl an Möglichkeiten 
offen.
Messen tun diese allerdings alle die Dehnung und daraus errechnet man 
mit einem Modell und den Werkstoffwerten die Kraft.

Lg Stefan

von Kein Name (Gast)


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Nächste Frage wäre. Wie viel Platz steht zur Verfügung und wie weit darf 
sich der Bolzen bewegen?

Muss der Bolzen fest eingebaut sein, oder kann man auch eine Federwaage 
zwischen Mutter und Gehäuse einsetzen?

von Stefan L. (sudos)


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Hallo,

also der Aufbau ist im angehängten Bild beschrieben. Ich möchte dabei 
gerne das jeweils eingestellte Gewicht messen. Ob dies nun über den 
Druck oder Kraft passiert, ist mir eigentlich egal.

Grüße

von Stefan O. (stefano)


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Hallo!

Der von dir im ersten Post verlinkte DMS ist meiner Meinung nach nicht 
nicht ohne weiters fuer diese Aufgabe geeignet da er nur Kräfte in 
Längsrichtung misst.

Du bist allerdings eher am Biegemoment oder an der Scherkraft in der 
Mitte des Bolzens interessiert um auf die Gewichtskraft rueckschliessen 
zu koennen.

Ich wuerde dir zuerst mal vorschlagen dich ueber die Theorie dahinter zu 
informieren.

z.B.: 
http://www.bs-wiki.de/mediawiki/index.php/Bolzen-_und_Stiftverbindungen

Dein Fall sieht ca. so aus:
http://www.bs-wiki.de/mediawiki/index.php/Bild:Neues_Bild_%281%29.JPG

lg Stefan

von Kein Name (Gast)


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Nanu?

Möchtest du nachmessen, ob die Beschriftung der Gewichte stimmt?

Oder möchtest du kontrollieren ob sich das Gewicht wirklich korrekt auf 
Bolzen und Messobjekt verteilt?

Oder möchtest du nur vom Büro aus kontrollieren ob der Bolzen in der 
richtigen Platte steckt?

Ich sehe trotz Foto das Problem nicht.

von Stefan L. (sudos)


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@Stefan: du hast natürlich Recht. Ich möchte nicht die Ausdehnung in der 
Länge messen, sondern die durch die Gewichte erzeugte Biegung des 
Bolzens. Danke

@Gast: ich möchte gerne das jeweils eingestellte Gewicht in digitaler 
Form mitgeteilt bekommen ;)

von Stefan O. (stefano)


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Was ist das ueberhaupt fuer eine Gerätschaft? Eventuell ein 
Fitnessgerät?

Gibt es nicht wesentlich bessere Ort um die Kraft zu messen. Zum 
Beispiel dort wo die Stange welche die Gewichte trägt befestigt ist. 
(eventuell an einem Seil --> reine Zugkraft)

Du musst wirklich mal klar festlegen was du messen willst. Ist es 
wirklich die "Kraft" im Bolzen.

edit:

Versuche eine geeignete Stelle zu finden an der die gesamte 
Gewichtskraft in einer Richtung vorliegt (zB in einem Seil) und dann 
häng so etwas dazwischen: 
http://www.amazon.de/200kg-OCS-40-Kranwaage-H%C3%A4ngewaage-Lastenwaage/dp/B0038WMHDU/ref=pd_sim_sbs_petsupplies_2

Gibt's sicher auch mit externem Display. Einfacher wirds kaum werden, 
und als Einzelstück vermutlich auch nicht günstiger, höchstens billiger.

LG Stefan

von Stefan L. (sudos)


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ja es ist ein Fitness-Gerät und ich möchte gerne (irgendwie) den Wert 
der eingestellten Gewichte messen. Über eine Messung am Seil habe ich 
auch schon nachgedacht, allerding dürfte dort während der Betätigung des 
Gerätes doch eine höhere Zugkraft entstehen, als es der Fall wäre, wenn 
das Gewicht bewegungslos an dem Seil hängt?!

(Entschuldige bitte die laienhafte Ausdrucksweise)

von Johannes V. (j-v)


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Hallo,

ich glaube, man muß das Messprinzip in Frage stellen. Selbst wenn Du 
einen
Messbolzen für Scherbelastung verwenden würdest, was nicht klug wäre, 
besser
wie schon angedeutet die Zugkraft am/im Seil messen. Doch Du würdest bei 
jeder Messung bei der Benutzung des Gerätes etwas anderes Messen, da die 
DMS Verformungen messen. Diese resultieren aus der einwirkenden Kraft, 
dem Material und der Geometrie des Messobjektes. Die Kraft wiederum 
entsteht aus der Masse, welche Du ja messen willst, und der auf sie 
einwirkenden Beschleunigung(Newton, Massenträgheit). D.h. Du würdest 
nicht die Masse messen, sondern das Produkt aus Masse x Beschleunigung 
d. Bewegung.

--> Zur Messung des eingestellten Gewichtes ungeeignet

Gruß,

Johannes

von Stefan O. (stefano)


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Stefan L. schrieb:
> allerding dürfte dort während der Betätigung des
> Gerätes doch eine höhere Zugkraft entstehen, als es der Fall wäre, wenn
> das Gewicht bewegungslos an dem Seil hängt?!

Das stimmt schon, allerdings gilt das auch fuer das Biegemoment im 
Bolzen, somit hast du dort das gleiche Problem.

Ich weis ja nicht wie du so ein Gerät bedienst bzw. wie ruckartig du die 
Gewichte belastest. Ich kann mir aber kaum vorstellen das recht viel 
mehr als 200kg "zusammenkommen", also könnte man so eine Federwaage 
durchaus einsetzen.

LG Stefan

von Johannes V. (j-v)


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Nachtrag :

Unterschied Statik / Dynamik

Gruß,

Johannes

von citb (Gast)


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Ohne den prinzipiellen Aufbau der Seilfuehrung und der Halterungen zu 
kennen ist das Kaffeesatzleserei.

Also mach eine Zeichnung mit dem Prinzip.
citb

von Kein Name (Gast)


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Oder zählen statt messen.

Z.B. an jedes Gewicht einen kleinen Spiegel kleben und mit einer 
Reflexlichtschranke die Anzahl der vorbeikommenden Gewichte zählen.

Mit dem Thema "zählen" bist du im MC-Forum genau richtig :-)

von Stefan O. (stefano)


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Kein Name schrieb:
> Oder zählen statt messen.
>
> Z.B. an jedes Gewicht einen kleinen Spiegel kleben und mit einer
> Reflexlichtschranke die Anzahl der vorbeikommenden Gewichte zählen.

Hehe, nette Idee ;-)

Aber was wenn er die Gewichte bei gewissen Uebungen nicht so weit 
auslenkt das alle vorbeikommen?

LG

von Kein Name (Gast)


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It's a feature, not a bug.

Mit diesem Feature lassen sie alle Schlaffies enttarnen, die nur halb 
durchziehen.

von Stefan L. (sudos)


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Oder man bringt solch einen Kraftaufnehmer unter den Gewichten an, an 
der Stelle, wo sie aufliegen. Alldergings hätte man dann eine 
Dauerbelastung des des Sensors, falls sich das irgendwie negativ 
auswirken sollte!?

von Stefan O. (stefano)


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Stefan L. schrieb:
> Oder man bringt solch einen Kraftaufnehmer unter den Gewichten an, an
> der Stelle, wo sie aufliegen.

Du meinst das du das Gewicht der Platten misst welche nicht angehoben 
werden und das dann vom Gesamtgewicht abziehst?

Finde ich gut!

Wie wärs denn mit einer "handelsüblichen" Personenwaage?
Mit dem abgebildeten Messaufnehmer alleine ist es ja auch nicht getan.
Denke nicht das sich Dauerbelastung wirklich negativ auswirkt, wissen tu 
ichs aber auch nicht!

Lg Stefan

von Kein Name (Gast)


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Personenwaage mit USB für 30€.

http://www.pearl.de/a-NC5248-5220.shtml

... und ein paar Eisenprofile für 5€ rundherum, damit herunter knallende 
Gewichte die Waage nicht zerdeppern.

von Stefan L. (sudos)


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Hmm also Lösung sollte eigentlich möglichst einfach an bestehende Geräte 
angebracht werden können.

von Stefan O. (stefano)


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Naja was willst du nun genau? Geht es jetzt um ein (dein) Gerät oder um 
mehrere?

Möglichst günstig, möglichst einfach installierbar, möglichst etc...

Ob es noch einfacher wird als ein fertiges Gerät das unter die Gewichte 
gestellt werden muss wage ich zu bezweifeln. Selbst dein eigener 
Vorschlag mit dem Messaufnehmer ist da deutlich komplizierter zu 
installieren.

Was spielst das ausserdem fuer eine Rolle wenn man das 1x macht?

LG

von Stevko R. (stevko)


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Hallo sodos:

>Hmm also Lösung sollte eigentlich möglichst einfach an bestehende Geräte
>angebracht werden können.

Meine Idee:
Dies stellt kein Problem dar, denn die Kraftsensoren(jawohl 2 Stück) 
werden unter Deinem Gewichtspaket zwischen 2 Platten links und rechts 
angebracht. Die Platten haben die Form der Gewichte und können somit 
unter dem Gewichtspaket plaziert werden.
2 Sensoren sind nötig, weil ein Sensor in der Mitte ein Verklemmen der 
fallenden Gewichte nicht registrieren würde.
Somit könntest Du das Gesamtgewicht aller aufgelegten Gewichte bestimmen 
und wärst unabhängig von irgend welchen einprogrammierten Festwerten.
Um das Gesamtgewicht zu bestimmen, wird über einen Zeitraum, nehmen wir 
mal an 1 Minute = keine Aktivität am Gerät, das Gewicht bestimmt.
Stimmt dies mit dem im EEPROM letzten gespeicherten Wert in gewissen 
Toleranzen (Abweichung z.B. 500gr = kleinstes zuladbares Gewicht) 
überein, wird dieser Wert als Gesamtgewicht angenommen, sonst wird die 
letzte Gewichtsberechnung als neues Paketgewicht im EEPROM gespeichert.
Diese Aktivität könntest Du ja mit einer grünen LED anzeigen -> LED-grün 
= Gewicht des Paketes bestimmt / LED-rot = "ermittle Gesamtgewicht, 
bitte warten."
Wenn das Gesamtgewicht des ruhenden Paketes ermittelt ist, wird der 
Rest zum softwaremäßigen Kinderspiel.
ADC läuft weiter im "Free Run..".
Wenn (momentanes Gewicht) < (EEPROM gespeichertes Gewicht = etwas wurde 
angehoben) UND (diese Toleranz > größer dem kleinsten auflegbaren 
Gewicht) dann wurden Gewichte durch den Benutzer bewegt.
Diese Abfrage ist nötig um das "Zittern" des ADC auszuschalten. 
Ausserdem werden die Stösse durch das fallende Gewicht(=> Gesamtgewicht 
des Paketes ist größer) eliminiert. Diese Messwerte werden über eine 
Zeitdifferenz(= wie schnell kann der kräftigste Benutzer die Gewichte 
bewegen) geloggt und dann auf Plausibilität überprüft.

Gruß
  Stevko

von Stefan L. (sudos)


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Im Grunde würde ich gerne wissen, wie das Ding im angehängten Bild eine 
Messung der vom Benutzer aufgewendeten Kraft misst.

von c. m. (Gast)


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das gewicht zu messen ist imho der falsche weg wenns an der maschine so 
ruppig zugeht wie in den studios die ich kenne.
wie wäre es die menge an klötzen zu ermitteln die abgehoben werden?

seitlich (bezugnehmend aufs foto oben) ein weißer strich über alle 
gewichte und eng daneben eine leiste mit led+ldr (oder nur ldr und 
gewichte schwarz lassen - umgebungslicht muss dann ausreichend sein).

von c. m. (Gast)


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kraft oder arbeit? funktioniert das ding an allen maschinen oder nur an 
speziellen? braucht es zusätzliche gerätschaften an der maschine?

das bild zeigt nur nen gnubbel mit lampe.

von Stefan L. (Gast)


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ja leider konnte ich bisher nicht wirklich viele Informationen über 
diesen "Gnubbel mit Lampe" finden.

Hier die einzige Beschreibung:

"Eine exakte Kraftmessung erleichtert die Erstellung individuell 
zugeschnittener Trainingspläne. An fast jedem Trainingsgerät ist eine 
statische Kraftmessung möglich, die vor oder nach dem dynamischen 
Training durchgeführt werden kann. So lassen sich aktuelle 
Kraftentwicklungen dokumentieren. Der ForcePoint ermöglicht darüber 
hinaus auch ein statisches Krafttraining, bei dem Übungen beispielsweise 
mit vorgegebenem, exakt dosiertem Krafteinsatz absolviert werden. 
Individuelle Kraftverläufe lassen sich über ganze Trainingsperioden 
hinweg dokumentieren."

von Querkraft (Gast)


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Hallo Stefan,

ich kann mir bei solchen Geräten nur eine Zugkraftmessung im Seil 
vorstellen. Dazu hängst Du in jedes Seil einen S-förmigen Kraftaufnehmer 
( z.B. 
www.mecsense.de/Kraftsensoren/S-Form-Kraftaufnehmer-IP42/KAP-S-10kN-0-1. 
html).  Der Sensor kann auch mal ein Stück mitfahren, wenn das Kabel 
dabei nicht beschädigt wird. Zwei von diesen Aufnehmern werden dann 
parallel geschaltet und zum Beispiel in einer mobilen Anzeige 
(http://www.mecsense.de/Messelektronik/AE-703.html) angezeigt. Der 
Aufnehmer wird wegen der hohen Dynamik mit Faktor 10 überdiemensionert. 
Damit hast Du immer noch locker <0,5 % Fehler vom Endwert.
Die Anzeige zeigt Dir an, wass du willst, kg oder N, auch die 
Maximalkraft.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Bolzen mit der Kraftmessung nichts 
zu tun hat. Messbolzen sind ungenau und unter 15mm Durchmesser fast 
nicht herstellbar.

Der Text meint aber, es gäbe nur eine statische Kraftmessung, da spielen 
Gewichte und Bewegung dann sicher keine Rolle. Der Aufbau wäre 
allerdings gleich.

von Werner (Gast)


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Stefan L. schrieb:
> Die Kraft liegt im Bereich von 5 bis 150kg

Falls du bei deinen Recherche zu Kraftmessung nicht fündig wirst, liegt 
das vielleicht daran, dass Kräfte in Newton gemessen werden.

> Allerdings kostet dieser DMS um die 160€, was für meine Zwecke zu teuer
> ist.

Eine einfache Personenwaage mit fertiger Auswerteelektronik kostet keine 
10 Euro
http://www.ebay.de/itm/180kg-0-1kg-DESIGN-Personenwaage-Digital-waage-HCB-B-/170685607436?pt=DE_Elektronik_Computer_Haushaltsger%C3%A4te_Kleinger%C3%A4teWellness_PM&hash=item27bda7ae0c

von Mike (Gast)


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Stefan L. schrieb:
> Die Kraft liegt im Bereich von 5 bis 150kg
Was kennst du nun, die Masse oder die Kraft? Die Kraft ist proportional 
zu Masse und Beschleunigung und wird üblicherweise in Newton gemessen.

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