DE3505295A1

DE3505295A1 - Vorrichtung zum anordnen eines druckdosengehaeuses an einem traeger

Info

Publication number: DE3505295A1
Application number: DE19853505295
Authority: DE
Inventors: Rangasami Sarat Walnut Creek Calif. Chandra; Franklin Paul Morgan Hill Calif. Orlando
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1985-09-05
Also published as: US4553872A; FR2559579A1; CA1229000A

Description

\ 3S0S2Ü

FMC Corporation 15. 2. 1985 Bd/IV/he

Chicago, II. 60601 (USA) F 5977

Beschreibung

Vorrichtung zum Anordnen eines Druckdosengehäuses an einem

Träger

Die Erfindung betrifft eine Kontruktion zur Montage eines Instruments an einem Träger, um unter Belastung auftretende Spannungen zu messen, und insbesondere eine solche Konstruktion, mit welcher sich eine Kraftmeßdose bzw.Druckdose ("load cell") an einem Träger einer Pumpmechanik montieren läßt, um die während des Betriebs dort auftretenden Spannungen zu messen.

Es wurden bereits Instrumente der genannten Art an Trägern in Erdölpumpanlagen, in denen im Pumpbetrieb Spannungen auftreten, montiert, indem das Instrumentengehäuse an einer geeigneten Stelle auf den Träger aufgesetzt und an den gegenüberliegenden Enden mit dem Träger verschweißt wurde, um das Instrument permanent festzulegen.

Die Erfindung schafft demgegenüber eine Konstruktion, mit welcher sich ein Druckdosengehäuse sicher an einer Oberfläche eines Trägers festlegen läßt, die einer Biegespannung ausgesetzt ist, welche mit der Druckdose gemessen werden soll. Von jeder Seite des Druckdosengehäuses stehen Flansche in entgegengesetzten Richtungen vor. Jeder Flansch umfaßt eine Montagefläche und eine entgegengesetzte freiliegende Fläche. Eine Festspannvorrichtung weist gegenüberliegende Backen auf, von denen eine die offenliegende

Flanschfläche und die andere an die der einen gegenüberliegende Oberfläche des Trägers berühren kann. Beim Festziehen der Klemm- bzw. Festspannvorrichtung wird zwischen der Befestigungsfläche des Flansches und der einen Träger-

5 oberfläche Druck aufgebracht, der ausreicht, um die Druckdose am Träger sicher in der Sollage zu halten.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Seitenriß der Vorrichtung,

Fig. 3 eine teilgeschnittene Ansicht der Vorrichtung,

Fig. 4 eine teilgeschnittene Ansicht eines Drehfußes an einer Zwinge,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Träger 11 aus Metallwirkstoff gezeigt, welcher der Schwingbalken bzw. ein Pumpschwengel einer Erdöl-Tiefpumpanlage sein kann, wie sie in der US-PS 3 094 offenbart ist. Der Träger 11 kann auch das als Ausgleichsstange ("equalizer bar") bezeichnete Querelement sein, das an einem Ende des Schwingbalkens angeordnet ist und die Antriebskraft des Motors auf den Pumpschwengel überträgt. Die Richtung der hier interessierenden Trägerspannungen ist in Fig. 1 mit dem Doppelpfeil 15 gezeigt.

Der Träger 11 hat eine flache Oberfläche 12, auf welcher ein Gehäuse 13 eines Instruments gezeigt ist, mit dem die

Trägerspannung festgestellt werden kann. Das Gehäuse weist Flansche 14, 16 auf, die von entgegengesetzten Enden desselben abstehen. Die Flansche weisen jeweils eine untere bzw. Montagefläche 17 (Fig. 3) und eine obere freigelegte Fläche 18 auf. Dabei ist die Unterseite des Gehäuses 13 zwischen den Montageflächen 17 auf den Flanschen 14, 16 bei 19 ausgenommen bzw. vertieft. Ansonsten ist das Gehäuse so ausgeführt, daß es ein Spannungsmeßinstrument aufnehmen kann, das im auf dem Träger montierten Zustand die Biegespannungen im Träger und damit die vom Träger aufgenommene Last mißt.

Wie in Fig. 1 weiterhin gezeigt ist, sind die Flansche 14, 16 mit zwei C-förmigen Festspannvorrichtungen bzw. Zwingen 21, 22 auf der flachen Oberfläche 12 des Trägers 11 festgespannt. In Fig. 2 ist die Zwinge 21 im Seitenriß und insbesondere die gegenüberliegende obere und untere Backe 23 bzw. 24 dargestellt. Die untere Backe 24 hat eine feste flache Oberfläche, die auf derjenigen Oberfläche 11 aufliegt, die der flachen Oberfläche 12 gegenüberliegt. Die obere Backe 23 ist an einem Ende einer Gewindespindel 26 befestigt. Ein verbindender Teil 27 der Zwinge 21 erstreckt sich zwischen der unteren Backe 24 und einer Gewindehülse 28, in welche die Gewindespindel eingeschraubt ist. Eine Mutter 29 mit Innengewinde ist ebenfalls auf die Gewindespindel aufgeschraubt und wird auf der Gewindehülse festgezogen, nachdem die Gewindespindel justiert worden ist, um die erforderliche Festspannkraft aufzubringen. Die Gewindespindel ist mit einem Innensechskant 31 im oberen Ende (Fig. 1) ausgeführt, so daß sie im Gewinde der Mutter 29 hin- und hergedreht werden kann. Folglich läßt sich die Backe 23 zur unteren Backe 24 der Zwinge hin- oder von ihr wegbewegen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, enthält die Oberseite 18 eines jeden Flansches 14, 16 ein mittig angeordnetes Durchgangs-

loch 32, das an seinem oberen Ende angesenkt ist (33). Die obere Backe 23 ist mit einem Durchmesser ausgeführt, daß sie in diese Ansenkung der Bohrung hineinpaßt. Die untere Abschlußfläche der Senkbohrung 33 ist daher eine Ringfläche, auf welche die gesamte von einer Zwinge ausgeübte Festspannkraft wirkt. Der Zweck dieser Lokalisierung der Festspannkraft wird nachfolgend erläutert.

Die Boden- bzw. Montagefläche 17 der Flansche 14, 16 ist jeweils mit einer Vielzahl von parallelen Zähnen 34 versehen. Diese Zahnung ist mit einer Härte ausgeführt, die höher als die der flachen Oberfläche 12 des Trägers 11 ist, auf der sie auftrifft, wenn die Zwingen 21, 22 festgezogen werden, um die Flansche 14, 16 an dem Träger festzulegen. Die gehärteten Zähne 34 sind am freien Ende schmaler ausgeführt als an der jeweiligen Basis, um den Eingriff in die Oberfläche 12 infolge der Festspannkraft zu erleichtern. Die Zähne 34 bewirken eine hohe Reibung zwischen der Montagefläche 17 und der Oberfläche 12 des Trägers.

Die obere Backe 21 kann als Festspannfuß bezeichnet werden, der, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine kugelförmige Ausnehmung 36 enthält, welche ein Kugelelement 37 umfaßt, das vom unteren Ende der Gewindespindel 26 abragt. Auf diese Weise erhält man eine kugelgelenkige Dreh-Schwenkbewegbarkeit für den Festspannfuß 23, so daß die Unterseite des Fußes vollständig und gleichmäßig auf der gesamten unteren Abschlußfläche der Senkbohrung 33 aufliegt. Damit ist gewährleistet, daß die Festspannkraft vom Festspannfuß 23 sowohl gleichmäßig entlang der unteren Abschlußfläche der Senkbohrung 33 als auch rechtwinklig auf die Flansche 14, 16 aufgebracht wird.

Die Zähne 34 auf den Montageflächen 17 der Flansche 14, dringen nicht allesamt in die Trägeroberfläche 12 ein; hierfür wäre eine zu hohe Festspannkraft erforderlich.

Daher ist die erwähnte Ringfläche am unteren Abschluß der Senkbohrung 33 so ausgelegt, daß sie die gesamte Festspannkraft aufnimmt und sie damit lokalisiert. Die Flansche sind nicht unendlich steif, und daher wird die vom Festspannfuß 23 aufgebrachte Kraft nicht über die gesamte Montagefläche gleichmäßig übertragen, sondern ist etwa im Bereich der Montagefläche 17 unmittelbar unter der ringförmigen Abschlußfläche der Senkbohrung 33 konzentriert. In diesem Teil der Montagefläche ist der Druck daher höher, und zwar hoch genug, um den vorerwähnten Eingriff der Zähne 34 in die Oberfläche 12 zu verursachen.

Es ist daher einzusehen, daß, wenn das Gehäuse 13 und auch die Zwingen 21, 22, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet sind, eine Festspannkraft erzeugt wird, indem die Gewindespindeln 26 in die Gewindehülsen 28 eingeschraubt und dann durch Festziehen der Muttern 29 in der Sollage festgelegt wird. Diese Festspannkraft wirkt orthogonal auf die Ringfläche am unteren Abschluß der Senkbohrung 33 in der freigelegten Oberfläche 18 der Flansche 14, 16 und drückt daher die Zähne auf der Montagefläche 17 in die flache Oberseite 12 des Trägers 11. Der obere Fuß (Backe) 23 jeder Zwinge wird von der Senkbohrung 33 auf der Oberseite des jeweiligen Flansches festgehalten, so daß die Festspannkraft lokalisiert wird und die Zwingen sicher auf der Flanschoberseite festgelegt werden.

Ein bevorzugtes Niveau der Festspannkraft F ist empirisch zu etwa 680 kp (1500 lbs) ermittelt worden. Diese Kraft ergibt durchgehend gute Resultate bei der offenbarten Ausführung der Zwingen 21, 22 und des Instrumentengehäuses 13, während sie einen Schlupf zwischen der Fläche 12 auf dem Träger 11 und den Montageflächen 17 der Flansche des Instrumentengehäuses verhindert. Durch näherungsweises Messen und Summieren der Eingriffsflächen der Zähne 34 auf den Montageflächen 17, die der Ringfläche in der Senkboh-

-β-ι rung 33 gegenüberliegen, ist von dieser Kraft ein örtlicher Druck zwischen der flachen Trägerfläche 12 und den Montageflächen der Flansche 14, 16 von etwa 09M0 kp/cm² (140 000 p.s.i.) errechnet worden. Dieser Wert ist ein Mehrfaches der Streckgrenze (etwa 2530 kp/cm² (36 000 p.s.i.)) des Stahls an der einen Oberfläche 12 des Trägers. Aus Beobachtungen hat sich ergeben, daß die Zähne in der Tat in die Trägeroberfläche 12 im Bereich unter dem Festspannfuß 23 eindringen, so daß bei einer Festspannkraft von etwa 68o kp (1500 lbs) eine sichere mechanische Versperrung des Gehäuses 13 mit dem Träger 11 erreicht wird.

Es ist erwünscht, Schäden an der Druckdose zu verhindern, indem die Festspannkraft begrenzt wird, die durch Einschrauben der Gewindespindeln 26 in die Gewindehülsen 28 erzeugt werden kann. Da bekannterweise ca. 680 kp (1500 lbs) Festspannkraft ausreichen, um den die Spannungen erfassenden Wandler im Gehäuse 13 sicher festzulegen und sich erwiesen hat, daß dieses Kraftniveau dem Wandler nicht schadet, ist es erwünscht, die maximale erreichbare Festspannkraft auf etwa mehr als 680 kp (1500 lbs), aber mit Sicherheit weniger als diejenige Kraft zu begrenzen, bei welcher der Wandler Schaden nehmen würde, indem sie die Halterung des Fühlelements im Gehäuse verformt. Ein bekannter rechtwinkliger Querschnitt für das Verbindungselement 27 (Fig. 5) jeder Zwinge wurde mit bestimmten Abmessungen gewählt - beispielsweise 25,4 x 9,53 mm (1 χ 3/8 in.). Berechnungen zeigen, daß die maximale Spannung in einem solchen Querschnitt für eine Festspannkraft von 680 kp (1500 lbs) an der Oberfläche

27a in Fig. 5 etwa 2800 kp/cm² (40 000 p.s.i.) beträgt.

Mit einem Sicherheitsfaktor von 1,25 wäre die erforderliche Streckgrenze des Materials für das Element 27 etwa 3500 kp/

2
cm (50 000 p.s.i.) - ein mit verfügbaren Werkstoffen ohne Schwierigkeiten erreichbarer Wert. Daher ist für den Teil 27 der Zwingen ein hochfester niedriglegierter Stahl mit

einer minimalen Streckgrenze von 3500 kp/cm (50 000 p.s.i.)

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angegeben und die maximale Festspannkraft auf das 1,25-fache der Kraft von 680 kp (1500 lbs) bzw. 850 kp (1875 lbs) begrenzt. Dieser Wert liegt unter dem Kraftwert, bei dem der Wandler im Gehäuse 13 potentiell Schaden nehmen könnte.

Weiterhin ist erwünscht, beim Festspannen der Gehäuse auf dem Träger 11 durchgehend gleichmäßige Ergebnisse zu erzielen. Bei Eichung mit einer Druckdose erhält man bei einem Anziehmoment von 1,38 kp.m (120 inch-pound) am Innensechskant 31 eine Festspannkraft von etwa 680 kp (1500 lbs). Das Setzmoment für jede Zwinge ist folglich zu jeweils 1,38 kp.m angegeben. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß das Reinigen der flachen Oberfläche 12 zwecks Entfernung von Farbe und Rost von der Montagefläche und nachfolgender einwandfreier Korrosionsschutz ein Teil des Verfahrens ist, um eine gleichmäßige Montage des Gehäuses 13 auf der Trägeroberfläche 12 mittels der Zwingen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, zu erreichen.

Claims

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE *

BARDEHLE · PAGENBERG · DCST · ALTENBURG · FRCHWITTER

& PARTNER

RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

JOCHEN PAGENBERG dr. jur ll μ harvard- HEINZ BARDEHLE dipl-ing

BERNHARD FROHWITTER dipl-ing · WOLFGANG A. DOST dr . dipl-chem

GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipling ifw UDO W. ALTENBURG dipl-phys

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE. POSTFACH 8606 20. 8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 86 06 20 8000 MÜNCHEN 86

TELEFON (089)980361 TELEX 522 791 padd TELEFAX (089)9897 63

hypobank muc 6860130600 (blz 70020001) pga muc 387 37-808(blz 700100b0)

o c π c. o q k büro galileiplatz 1. 80oo münchen

datum 15. 2. 1985

Bd/IV/he F 5977

Patentansprüche

1 . Vorrichtung zum Anordnen eines Druckdosengehäuses an einer Fläche eines Trägers, welcher Biegespannungen aus- ^T gesetzt ist, welche mit der Druckdose gemessen werden sollen, * gekennzeichnet

durch Flansche, welche sich von jeder Seite des Druckdosengehäuses in entgegengesetzte Richtungen erstrecken,

durch eine Montagefläche und eine gegenüberliegende offenliegende Fläche an jedem Flansch, und durch eine Festspanneinrichtung mit gegenüberliegenden Backen, welche die freigelegte Flanschfläche und die der einen gegenüberliegende Trägeroberfläche berühren, so daß Druck zwischen der Montagefläche und der einen Trägerfläche aufgebracht ist, um das Druckdosengehäuse an dem Träger zu fixieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagefläche eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die betrieblich die Reibung zwischen der Montagefläche und der einen Trägeroberfläche erhöhen.

ORIGINAL ,
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne in einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen Reihen ausgebildet sind, die im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der Biegespannung verlaufen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspannvorrichtung an einer der gegenüberliegenden Backen einen Drehfuß umfaßt.
5- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte gegenüberliegende Fläche an jedem Flansch eine Senkbohrung aufweist, welche den Drehfuß aufnehmen kann, so daß der Fuß fest mit der gegenüberliegenden freigelegten Fläche in Eingriff ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspannvorrichtung eine Einrichtung zum Begrenzen der von ihr aufgebrachten Festspannkraft einschließt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspannvorrichtung ein die gegenüberliegenden Backen miteinander verbindendes Element aufweist und daß die Einrichtung zum Begrenzen der Festspannkraft einen vorbestimmten Querschnitt in diesem Verbindungselement umfaßt, das nachgibt, wenn die gegenüberliegenden Backen eine Kraft aufbringen, die ausreicht, um das Gehäuse an dem Träger festzulegen, aber geringer ist als eine Kraft, bei welcher die Druckdose potentiell Schaden nimmt.
8. Vorrichtung zum Anordnen einer Druckdose an einer Oberfläche eines Trägers, in welchem Biegespannungen auftreten, gekennzeichnet durch

einen ersten und einen zweiten Flansch, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses erstrecken, durch eine Montagefläche an jedem der Flansche,

durch eine Vielzahl langgestreckter Zähne an jeder Montagefläche, die in einer zu der der Biegespannungen im wesentlichen rechtwinkligen Richtung verlaufen, und

durch eine Einrichtung, um eine lokalisierte Fest-Spannkraft auf den ersten und den zweiten Flansch aufzubringen und so die Flansche auf der einen Oberfläche des Trägers festzuspannen, wobei die Zähne mit dieser in Druckkontakt stehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne härter als die eine Oberfläche des Trägers sind u-nd daher in diese Trägeroberfläche eingreifen können, wenn Druck zwischen der Montagefläche und der einen Trägeroberfläche aufgebracht wird.
11· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne an ihren freien Enden schmaler als an der Basis sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufbringen einer lokalisierten Festspannkraft gegenüberliegende Backen aufweist und daß eine der Backen einen Drehfuß aufweist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagefläche eine Senkbohrung aufweist, welche den Drehfuß aufnehmen kann, so daß der Fuß in festem Eingriff mit der Montagefläche steht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Backen mittels eines Verbindungsgliedes miteinander verbunden sind, dessen Querschnitt

BAD ORIG'NAL

so gewählt ist, daß es nachgibt bzw. sich verformt, bevor die Festspanneinrichtung auf den ersten und den zweiten Flansch eine solche Kraft aufbringt, welche die Druckdose potentiell beschädigt.
15. Vorrichtung zum sicheren Anordnen eines Druckdosengehäuses an einer Oberfläche eines Trägers, in welchem Biegespannungen auftreten, die mit der Druckdose gemessen werden sollen, gekennzeichnet durch einen von jeder Seite des Gehäuses in Richtung der Biegespannung abragenden Flansch,

durch eine Montagefläche und eine gegenüberliegende Fläche an dem Flansch,

durch eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen langgestreckten Zähnen, die sich entlang der Montagefläche im wesentlichen im rechten Winkel zur Richtung der Biegespannung erstrecken, und

durch eine Festspanneinrichtung mit gegenüberliegenden Backen, die sich an die gegenüberliegende Fläche des Flansches und eine gegenüberliegende Trägeroberfläche anlegen und so Druck aufbringen, um die Montagefläche gegen die eine Trägeroberfläche zu drücken.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Zähne härter als die eine Trägeroberfläche sind, so daß sie in der einen Trägerfläche eingebettet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne freie Enden aufweisen, welche schmaler als ihre Basen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspanneinrichtung eine feste erste Backe und eine bewegbare drehbare zweite Backe umfaßt.
19- Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Montagefläche eine Senkbohrung ausgebildet ist, welche die drehbare zweite Backe aufnehmen kann, so daß die Festspanneinrichtung fest mit dem Flansch in Eingriff steht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Festspanneinrichtung ein sich zwischen den gegenüberliegenden Backen erstreckendes Verbindungselement aufweist, dessen Querschnitt so gewählt ist, daß das Verbindungselement ausfällt bevor die Festspanneinrichtung auf die gegenüberliegende Flanschfläche eine Kraft aufbringen kann, die ausreicht, um die Druckdose zu beschädigen.