CH682762A5

CH682762A5 - Expansion measuring device for metal structures

Info

Publication number: CH682762A5
Application number: CH73790A
Authority: CH
Inventors: Bruno Schlaepfer
Original assignee: Schlaepfer Messtechnik Ag
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1993-11-15

Abstract

The measuring device uses an integrated measuring lance (10) with a sensor (20) providing an electrical output signal in response to a positive or negative expansion of the metal structure. The sensor (20) is coupled via a coupling sleeve (14) to a measuring converter housing (12) incorproating an autonomous electronic evaluation circuit. The measuring element with the sensor (20) and its signal cables (22) is inserted in a bore in the metal structure, the sensor acted on by a defined bias above the max. possible expansion.

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gewindeeinsatz und eine Vorrichtung zum Anbringen von Montagegewinden speziell für Dehnungssensoren in Sacklochbohrungen, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art. The present invention relates to a threaded insert and a device for attaching mounting threads especially for strain sensors in blind holes, of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Zum Messen von Dehnungen im Innern von Materialien sind Dehnungssensoren bekannt geworden, welche in den zu messenden Materialien vorgespannt werden, und dann positive und negative Dehnungen in ihrer axialen Richtung messen. Es kann sich dabei um resistive, induktive, kapazitive, piezoelektrische oder andere Dehnungssensoren handeln, welche sich zur Messung von Dehnungen in Materialien eignen würden. Strain sensors have become known for measuring strains in the interior of materials, which are prestressed in the materials to be measured, and then measure positive and negative strains in their axial direction. These can be resistive, inductive, capacitive, piezoelectric or other strain sensors, which would be suitable for measuring strains in materials.

Die Einbaubohrungen dieser Dehnungssensoren weisen in unmittelbarer Nähe des Bohrungsgrundes ein Montagegewinde auf. Dieses Montagegewinde dient zum Vorspannen des Dehnungssensors. Es handelt sich üblicherweise um ein Feingewinde. Das Herstellen dieser Gewinde in tiefen Bohrungen stellt fertigungstechnische Probleme. Die Bohrung und das Montagegewinde sind oft nicht wunschge-mäss ausgeführt. Eine Kontrolle der Bohrung und des Gewindes wie auch des Bohrungsgrundes ist mit vernünftigem Aufwand jedoch nicht durchführbar. Gerade die Ausführung des Bohrungsgrundes ist aber für zuverlässige Messungen von grosser Bedeutung, da Biegeeinflüsse, einseitige Beanspruchungen, Setzungen und Torsionsmomente beim Einschrauben die Dehnungssensordaten beinflus-sen. The mounting holes of these strain sensors have a mounting thread in the immediate vicinity of the bottom of the hole. This mounting thread is used to preload the strain sensor. It is usually a fine thread. The production of these threads in deep holes poses manufacturing problems. The bore and the mounting thread are often not as required. However, it is not feasible to check the bore and thread as well as the bottom of the bore with reasonable effort. However, the design of the bottom of the hole is of great importance for reliable measurements, since bending influences, one-sided stresses, settlement and torsional moments influence the strain sensor data when screwing in.

Es kommt auch vor, dass die Gewindebohrerspitze abbricht und im Bohrungsgrund bleibt. Häufig wird dann die ganze Struktur unbrauchbar. It also happens that the tap tip breaks off and remains in the bottom of the hole. Often the whole structure becomes unusable.

Ausserdem üben die Gewindegänge eine Kerbwirkung auf das umgebende Material aus. Bei wechselnder Belastung des Materials können deshalb Risse, verursacht durch die Gewindegänge, entstehen, welche zum Materialkollaps führen können. In addition, the threads have a notch effect on the surrounding material. With changing loads on the material, cracks caused by the threads can occur, which can lead to material collapse.

Der erfindungsgemässe Gewindeeinsatz benötigt demgegenüber keine Gewindebohrung mehr und weist keinen der genannten Nachteile mehr auf. Es ist lediglich eine Sacklochbohrung erforderlich, in welche der Gewindeeinsatz verspannt wird. Ausserdem kann das Material des Montagegewindes so gewählt werden, dass es für die Anwendung optimal geeignet ist, also beispielsweise sehr hohe Wechselfestigkeit aufweist. Man ist somit nicht mehr auf das umgebende Material angewiesen. In contrast, the threaded insert according to the invention no longer requires a threaded hole and no longer has any of the disadvantages mentioned. All that is required is a blind hole in which the threaded insert is clamped. In addition, the material of the mounting thread can be selected so that it is optimally suitable for the application, that is, for example, it has very high fatigue strength. You are no longer dependent on the surrounding material.

Der erfindungsgemässe Gewindeeinsatz wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The thread insert according to the invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1 : Ein Querschnitt durch einen erfindungsge-mässen Gewindeeinsatz im Einbauzustand Fig. 1: A cross section through an inventive thread insert in the installed state

Fig. 2: Den Einbauvorgang des Gewindeeinsatzes Fig. 2: The installation process of the thread insert

Fig. 3: Eine Variante von Fig. 1 Fig. 3: A variant of Fig. 1

Fig. 4: Eine Einbauvariante des Gewindeeinsatzes Fig. 4: An installation variant of the thread insert

Fig. 5: Eine weitere Einbauvariante des Gewindeeinsatzes Fig. 5: Another installation variant of the thread insert

Gemäss Fig. 1 besteht der Gewindeeinsatz aus dem aussen konisch ausgebildeten inneren Teil 1. Der äussere Teil 2 hat am Aussendurchmesser leichtes Untermass zum Bohrungsdurchmesser D. Das äussere Teil 2 kann nicht durchgehende Schütze 6 oder einen durchgehenden Schlitz aufweisen, welche das Vorspannen erleichtern. According to FIG. 1, the threaded insert consists of the inner part 1, which is conically shaped on the outside. The outer part 2 has a slight undersize to the bore diameter D on the outside diameter.

Fig. 2 zeigt den Einbau des Gewindeeinsatzes. Dieser wird mittels des Montagerohres 4 in die Bohrung geführt, wobei die Gewindestange 3 den Gewindeeinsatz leicht an das Rohr drückt und somit zusammenhält. Der Gewindeeinsatz kann auch schon vorgängig etwas verspannt werden, um ein Auseinanderfallen zu verhindern. Eine Skalierung am Montagerohr 4 erlaubt das exakte Positionieren des Gewindeeinsatzes in der Bohrung. Der Feststellring 8 wird mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einer Feststellschraube, in der gewünschten Position befestigt, um ein axiales Verschieben des Montagerohres zu vermeiden. Der innere Teil 1 wird nun durch Drehen an einer Gewindemutter 9 oder ähnlichem in das äussere Teil 2 gepresst, wobei die Gewindestange 3 mit geeigneten Mitteln am Drehen gehindert werden muss, beispielsweise mittels eines Quersplints 10. Die Vorspannung der Teile 1 und 2 kann je nach Materialkombination variiert werden. Nach erfolgtem Vorspannen wird die Gewindemutter 9 gelöst, die Gewindestange aus dem inneren Teil 1 gelöst und zusammen mit dem Montagerohr 4 aus der Bohrung gezogen. Fig. 2 shows the installation of the thread insert. This is guided into the bore by means of the mounting tube 4, the threaded rod 3 pressing the threaded insert lightly against the tube and thus holding it together. The thread insert can also be tightened slightly beforehand to prevent it from falling apart. A scaling on the assembly tube 4 allows the exact positioning of the threaded insert in the bore. The locking ring 8 is fastened in the desired position using suitable means, for example a locking screw, in order to avoid axial displacement of the mounting tube. The inner part 1 is now pressed into the outer part 2 by turning a threaded nut 9 or the like, the threaded rod 3 having to be prevented from rotating by suitable means, for example by means of a transverse splint 10. The prestressing of parts 1 and 2 can vary depending on Material combination can be varied. After pretensioning, the threaded nut 9 is loosened, the threaded rod is loosened from the inner part 1 and pulled out of the bore together with the mounting tube 4.

Der nunmehr montierte und gebrauchsfertige Gewindeeinsatz kann dasselbe Gewinde wie die Gewindestange 3 aufweisen. The threaded insert which is now assembled and ready for use can have the same thread as the threaded rod 3.

Fig. 3 zeigt eine Variante von Fig. 1. Dabei weist der innere Teil 1 am Aussenkonus eingedrehte Rillen 5 auf, welche wie Widerhaken eine zusätzliche Hemmungswirkung bringen. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn der konische äussere Teil 2 aus einem weicheren Material als der innere Teil 1 besteht. Der äussere Teil 2 kann ebenfalls an der Aussenfläche, welche gegen die Bohrungswand gepresst wird, Rillen 7 aufweisen, welche zusätzliche Hemmungswirkung gegen axiales Kriechen bringen. Die Rillen 7 können mit geeigneten Mitteln gehärtet werden. FIG. 3 shows a variant of FIG. 1. The inner part 1 has grooves 5 screwed into the outer cone which, like barbs, bring about an additional inhibiting effect. This is particularly useful if the conical outer part 2 is made of a softer material than the inner part 1. The outer part 2 can also have grooves 7 on the outer surface, which is pressed against the bore wall, which provide an additional inhibiting effect against axial creep. The grooves 7 can be hardened by suitable means.

Fig. 4 zeigt eine Einbauvariante des erfindungs-gemässen Gewindeeinsatzes. Auf diese Art und Weise kann ein Dehnungssensor 11 in beliebiger Position innerhalb einer Bohrung gleichen Durchmessers montiert werden. Gewindeeinsatz 13 bildet den Anschlag für den Dehnungssensor 11 und Gewindeeinsatz 12 kann zum axialen Vorspannen des Dehnungssensors 11 mittels dem Montagenippel 14 verwendet werden. Das Dehnungssensorkabel 15 wird durch den Montagenippel 14 abgeführt. Der Dehnungssensor 11 muss in der Regel einen kleineren Durchmesser als das Montagegewinde im Gewindeeinsatz 12 aufweisen. 4 shows an installation variant of the threaded insert according to the invention. In this way, a strain sensor 11 can be mounted in any position within a hole of the same diameter. Threaded insert 13 forms the stop for the strain sensor 11 and threaded insert 12 can be used for axially prestressing the strain sensor 11 by means of the mounting nipple 14. The strain sensor cable 15 is discharged through the mounting nipple 14. The strain sensor 11 must generally have a smaller diameter than the mounting thread in the threaded insert 12.

Fig. 5 zeigt, wie unter Anwendung der Einbauvariante gemäss Fig. 4, in Durchgangslöchern von Strukturen an zwei Stellen gleichzeitig innerhalb derselben Bohrung gemessen werden kann. Es sind dabei pro Dehnungssensor 16 je zwei Gewindeeinsätze 17 erforderlich. Dadurch wird eine Spannungsanalyse einer solchen Struktur ermöglicht. FIG. 5 shows how, using the installation variant according to FIG. 4, measurements can be carried out simultaneously in the through holes of structures at two locations within the same hole. Two thread inserts 17 are required for each strain sensor 16. This enables a stress analysis of such a structure.

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10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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3 3rd

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Die Erfindung ermöglicht somit die Dehnungsmessung in Materialien aller Art, ohne dass aufwendige, nicht kontrollierbare mechanische Vorkehrungen getroffen werden müssen, welche ausserdem nur unter grossen Schwierigkeiten herstellbar sind. Der industrielle Einsatz solcher Dehnungssensoren wird dadurch entschieden erleichtert, womit sich neue technische Möglichkeiten der Maschinen-und Prozessüberwachung eröffnen und neue steuerungstechnische Schritte ermöglicht werden. The invention thus enables strain measurement in materials of all types without having to take complex, uncontrollable mechanical precautions, which are also difficult to manufacture. The industrial use of such strain sensors is considerably facilitated, which opens up new technical possibilities for machine and process monitoring and enables new control technology steps.

Claims

1. Threaded insert for mounting in blind holes, which is mainly used for pretensioning sensors, characterized in that an inner part (1) with a thread is conical on the outside and against an outer part (2), which is conical on the inside and elastic is, presses, and is therefore non-slip and creep-resistant against the bore wall.

2. Device for installing a threaded insert according to claim 1 is designed such that the inner part (1) by means of a threaded rod (3) and a tube (4) by turning a threaded nut (9) in the outer part (2) and thus tense.

3. Threaded insert according to claim 1, characterized in that the outer part (2) has grooves (7) in order to avoid axial creeping in the bore.

4. Device according to claim 2, characterized in that a scale is attached to the tube (4), which allows the threaded insert to be positioned in the bore by means of an adjusting ring (8).

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