KR20100020794A - 스트레인 볼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트레인 볼트에 관한 것으로서, 볼트의 축부에 복수의 스트레인 게이지를 부착하여 축 응력을 받는 곳에서의 응력측정을 용이하게 할 수 있도록 개발된 장치로서, 축의 각 스트레인 게이지에서 도출된 리드선은 외부의 훼이스톤 브리지와 회로를 구성하여 스트레인 게이지에서 감지한 저항 변화를 증폭기에 전달하여 전압으로 변환시켜 응력을 측정하는 수단이다. 이때, 볼트의 장착 및 탈착 시 리드선의 손상으로 인해 많은 시간과 인력 및 경비의 손실이 발생된다.

이를 방지하고자 발명된 스트레인 볼트는, 상기 스트레인 게이지와 각각 통전되게 형성되고 상기 볼트의 머리부를 관통하여 설치된 게이지 터미널과; 상기 게이지 터미널에 접속되는 접속단자가 통전되게 형성된 리드선과; 상기 리드선의 접속단자가 그 단부에 고정되어 접속단자를 게이지 터미널에 탈착가능하게 접속시키고 리드선은 그 일방향으로 인출된 집게부재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하여, 본 발명의 스트레인 볼트를 사용하게 되면 리드선의 꼬임 및 단선 등과 같은 손상을 방지할 수 있고, 작업성을 향상시켜 인력과 시간 및 경비 등을 크게 절감시킬 수 있다.

볼트, 스트레인 게이지, 하중, 응력, 변형, 리드선, 집게

Description

스트레인 볼트{Strain Bolt}

본 발명은 스트레인 볼트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장비 또는 구조물을 고정시키는 볼트에 스트레인 게이지를 부착 고정하여 볼트의 체결력을 측정함으로써 장비나 구조물에 작용하는 인장력이나 응력을 계측하여 구조물의 변형율을 측정토록 한 스트레인 볼트에 관한 것이다.

일반적으로, 스트레인 게이지는 변형 게이지라고도 하며, 금속 또는 반도체의 저항체에 변형이 가해지면 그 저항값이 변화하는 압저항 효과(훼이스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 효과)를 이용한 것으로, 용도로서는 하중, 압력, 토오크, 기타 실응력의 측정 등에 널리 사용되고 있다.

특히, 이와 같은 스트레인 게이지를 볼트에 설치한 스트레인 볼트는, 볼트가 체결되는 하중을 측정하여 볼트에 작용하는 체결력의 변화상태를 평가할 수 있게 된다.

첨부도면 도 1은 종래의 스트레인 볼트를 도시한 사시도로서, 종래의 스트레인 볼트는, 볼트(10)에 스트레인 게이지(20)를 부착하여 구성한 것이다.

이때, 상기 볼트(10)는 머리부(11)와, 나사산이 형성되어 있는 축부(12)로 이루어진 통상적인 볼트이고, 상기 머리부(11)에 근접한 축부(12)의 일단부 양면에는 나사산이 없는 무나사부로 이루어진 평탄부(12a)가 각각 형성되며, 상기 양 평탄부(12a) 사이의 거리는 축부(12)의 직경보다 작게 형성된다.

그리고, 상기 볼트(10)의 평탄부(12a)에는 스트레인 게이지(20)가 부착 고정되고, 상기 스트레인 게이지(20)에 연결된 리드선(21)은 볼트(10)의 머리부(11)에 천공된 관통공(11a)을 통해 인출되어 훼이스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 등의 회로를 통해 증폭기에 연결된다.

한편, 이와 같은 종래의 스트레인 볼트는 교량의 지지부나 원자력 발전소 등에 설치되는 랙(Rack) 등과 같은 구조물(1)(이하에서는 구조물의 일례로서 "교량" 을 예로 들어 설명한다)의 여러 부위에 체결되어 구조물(1)에 작용하는 체결력을 측정하게 된다.

특히, 교량과 같은 구조물(1)은 이에 작용하는 최대하중을 고려하여 다수의 보와 기둥을 설치하여 건설하지만, 통행하는 차량이나 철도 등에 의한 진동이 교량에 지속적으로 작용하여 발생되는 동하중이나 교량하중 또는 산화 등에 의해 최초 설치상태를 유지하지 못하고 변형되고, 그로 인해 교량이 붕괴될 수 있다.

따라서, 이러한 교량의 여러 곳에 스트레인 볼트를 설치하고, 설치된 다수의 스트레인 볼트를 통해 교량의 접합부나 지지부에 작용하는 체결력을 반복적으로 측정하여 교량의 접합부나 지지부의 정상적인 체결상태를 상시 모니터링 함으로써 붕괴사고를 미연에 예방하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 스트레인 볼트는, 볼트(10)에 부착 고정된 스트레인 게이지(20)의 양 리드선(21)이 볼트 머리부(11)의 관통공(11a)을 통해 각각 인출되어 있기 때문에, 스트레인 볼트를 구조물(1)에 체결할 때 볼트(10)의 회전에 의해 양 리드선(21)이 꼬여 엉키게 되고, 길게 인출된 리드선(21)에 의해 볼트(10)의 체결작업 역시도 매우 불편하고 번거롭게 이루어지게 되는 문제점이 있었다.

특히, 협소한 공간에 스트레인 볼트의 장착이 요구되는 곳에서는 볼트(10)의 체결을 위해 사용되는 토크렌치나 스패너 등과 같은 작업공구에 의해 길게 인출된 리드선(21)이 파손되어 단선(斷線)될 수 있고, 이와 같이 파손되는 경우에는 스트레인 볼트를 교체하여야 하므로 작업이 지연될 뿐만 아니라 스트레인 볼트의 수명이 단축되어 정확한 측정이 어려워지게 되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스트레인 게이지가 구성된 볼트에 리드선을 탈착식으로 연결함으로써 구조물에 볼트의 체결 시 리드선의 꼬임 및 단선 등과 같은 파손을 방지할 수 있고, 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 스트레인 볼트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 볼트의 축부에 복수의 스트레인 게이지가 설치된 스트레인 볼트에 있어서, 상기 스트레인 게이지와 통전되게 형성된 각각의 게이지 터미널이 볼트의 머리부를 관통하여 설치되고, 상기 스트레인 게이지의 게이지 터미널에 리드선과 통전되게 형성된 접속단자가 탈착가능하게 연결되어 접속되는 스트레인 볼트에 의해 달성된다.

또한, 상술한 목적은, 볼트의 축부에 복수의 스트레인 게이지가 설치된 스트레인 볼트에 있어서, 상기 스트레인 게이지와 각각 통전되게 형성되고 상기 볼트의 머리부를 관통하여 설치된 게이지 터미널과; 상기 게이지 터미널에 접속되는 접속단자가 통전되게 형성된 리드선과; 상기 리드선의 접속단자가 그 단부에 고정되어 접속단자를 게이지 터미널에 탈착가능하게 접속시키고 리드선은 그 일방향으로 인출된 집게부재;를 포함하여 구성된 스트레인 볼트에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 상기 볼트의 머리부에는 게이지 터미널이 각각 설치되도록 그 외주연부에서 중심 측으로 함몰된 복수의 요홈부가 형성되고, 상기 요홈부에는 집게부재의 양단부가 클램핑되면서 리드선의 접속단자를 스트레인 게이지의 게이지 터미널에 접속시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 스트레인 볼트에 따르면, 스트레인 게이지가 구성된 볼트를 구조물에 먼저 체결한 후 볼트에 부착 고정된 스트레인 게이지의 게이지 터미널에 리드선을 연결함으로써 스트레인 볼트의 설치 시 리드선의 꼬임 및 단선 등과 같은 파손이 방지되고, 작업성이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 스트레인 볼트를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 스트레인 볼트는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 통상적인 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 재질의 볼트(100)에 복수의 스트레인 게이지(200)를 대칭되게 부착 고정하여 구성한 것이다.

즉, 상기 볼트(100)의 축부(120)에 복수의 스트레인 게이지(200)가 설치된 스트레인 볼트를 형성함에 있어, 상기 스트레인 게이지(200)와 통전된 각각의 게이지 터미널(210)이 볼트(100)의 머리부(110)를 관통하여 설치되고, 상기 스트레인 게이지(200)의 게이지 터미널(210)에 리드선(340)과 통전된 접속단자(330)가 접속되어 구성된다.

이때, 상기 리드선(340)의 접속단자(330)는 스트레인 게이지(200)의 게이지 터미널(210)에 탈착가능하게 결합되어 연결된다.

이를 하기에서 좀 더 구체적으로 설명한다.

상기 스트레인 볼트는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 스트레인 게이지(200)가 대칭되게 설치된 볼트(100)와, 리드선(340)이 설치되어 볼트(100)에 탈착가능하게 결합되는 집게부재(300)로 대별되어 구성된다.

상기 볼트(100)는 통상적으로 머리부(110)와, 나사산이 형성되어 있는 축부(120)로 구성되고, 상기 머리부(110)에 근접한 축부(120)의 일단부 양면에는 나사산이 없는 무나사부로 이루어진 평탄부(121)가 각각 형성되며, 상기 양 평탄부(121) 사이의 거리는 축부(120)의 직경보다 작게 형성된다.

그리고, 상기 볼트(100)의 양 평탄부(121)에는 복수의 스트레인 게이지(200)가 각각 부착 고정되고, 상기 스트레인 게이지(200)에는 각각의 게이지 터미널(210)이 통전되게 연결된다.

이와 같이 연결된 양 게이지 터미널(210)은 상기 볼트(100)의 머리부(110)를 관통하여 설치되되, 상기 볼트 머리부(110)의 양편에는 게이지 터미널(210)이 각각 삽입되어 설치될 수 있도록 그 외주연부에서 중심 측으로 함몰 즉 "ㄷ"자 형상으로 절개된 복수의 요홈부(111)가 형성된다.

상기 집게부재(300)는 통상적인 형태로서, 서로 대향되는 면의 중심부가 회전가능하게 결합 즉 힌지(310a)된 양편의 링크(310)와, 상기 양 링크(310) 사이의 힌지부(310a)에 개재되어 작동된 링크(310)에 복원력을 제공하는 스프링(320)으로 구성된다.

그리고, 상기 양 링크(310)의 힌지부(310a)를 기준으로, 그 일단은 가압부(312)로, 타단은 누름부(311)로 형성되고, 상기 스프링(320)에 의해 누름부(311)에 외력이 작용하지 않는 한, 가압부(312)는 항상 접촉된 상태를 유지하게 된다.

또한, 상기 가압부(312)의 대향되는 면에는 리드선(340)의 접속단자(330)를 각각 부착 고정하고, 상기 리드선(340)은 누름부(311) 측으로 인출시켜 낸다.

이때, 상기 리드선(340)은 집게부재(300)의 내부를 통해 인출시켜 낼 수도 있으나, 보다 바람직하게는 집게부재(300)의 외측으로 인출시켜 내는 것이 리드선(340)과 집게부재(300)의 간섭을 방지할 수 있어 좋다.

그리고, 상기 집게부재(300)의 가압부(312)는 상기 볼트 머리부(110)에 형성된 양 요홈부(111) 사이의 거리와 동일하거나 또는 더 큰 폭으로 확장될 수 있도록 형성되어, 상기 요홈부(111)를 클램핑(Clamping) 하는 집게부재(300)의 클램핑 작동이 원활하게 이루어지도록 한다.

한편, 상기한 집게부재(300)의 가압부(312)는 볼트 머리부(110)의 요홈부(111)에 삽입되면서 요홈부(111)를 클램핑 하는 한편, 가압부(312)의 접속단자(330)가 요홈부(111)의 게이지 터미널(210)에 접속됨으로써 스트레인 게이지(200)와 리드선(340)은 통전된 상태가 된다.

따라서, 상기 리드선(340)에 훼이스톤 브리지 회로를 구성하여 증폭기와 연결하여 구조물(1)에 작용하는 응력을 간편하게 측정할 수 있고, 측정 후에는 상기 집게부재(300)를 볼트(100)의 게이지 터미널(210)로부터 탈거시켜 보관하면서 측정 시에만 집게부재(300)를 볼트(100)의 게이지 터미널(210)에 결합할 수 있으며, 또는 상기 집게부재(300)를 항시 볼트(100)의 게이지 터미널(210)에 결합시켜 놓을 수도 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 본 발명의 스트레인 볼트의 설치는, 먼저 볼 트(100)를 토크렌치나 스패너와 같은 공구를 사용하여 통상적인 방법으로 구조물(1)에 결합한다.

이때, 볼트(100)에는 종래와 같이 리드선이 일체로 형성되어 있지 않으므로 볼트(100)의 체결작업이 원활하게 이루어질 뿐만 아니라 토크렌치나 스패너와 같은 작업공구에 의한 리드선(340)의 파손을 사전에 방지할 수 있게 된다.

이후, 구조물(1)의 응력을 측정하고자 할 시는, 집게부재(300)의 누름부(311)를 눌러 가압부(312)를 힌지부(310a)를 축으로 회전시켜 벌린 상태에서 이 가압부(312)를 구조물(1)에 결합된 볼트 머리부(110)의 요홈부(111)에 삽입시키면서 누름부(311)를 누르고 있던 외력을 제거하면 가압부(312)가 스프링(320)에 의해 원상태로 복귀되면서 요홈부(111)를 클램핑 하게 된다.

따라서, 가압부(312)의 대향되는 면에 각각 고정된 리드선(340)의 접속단자(330)가 요홈부(111)에 설치된 스트레인 게이지(200)의 게이지 터미널(210)에 접속되고, 리드선(340)을 집게부재(300)의 후방부 즉 누름부(311) 측으로 인출시킨 상태에서 훼이스톤 브리지 회로를 거쳐 증폭기에 연결하여 응력을 측정하게 된다.

도 1은 종래의 스트레인 볼트를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스트레인 볼트를 도시한 분리사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스트레인 볼트를 도시한 결합사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 구조물 100 : 볼트

110 : 머리부 111 : 요홈부

120 : 축부 121 : 평탄부

200 : 스트레인 게이지 210 : 게이지 터미널

300 : 집게부재 310 : 링크

311 : 누름부 312 : 가압부

320 : 스프링 330 : 접속단자

340 : 리드선

Claims (3)

1. 볼트의 축부에 복수의 스트레인 게이지가 설치된 스트레인 볼트에 있어서,

   상기 스트레인 게이지와 통전되게 형성된 각각의 게이지 터미널이 볼트의 머리부를 관통하여 설치되고,

   상기 스트레인 게이지의 게이지 터미널에 리드선과 통전되게 형성된 접속단자가 탈착가능하게 연결되어 접속되는 것을 특징으로 하는 스트레인 볼트.
2. 볼트의 축부에 복수의 스트레인 게이지가 설치된 스트레인 볼트에 있어서,

   상기 스트레인 게이지와 각각 통전되게 형성되고 상기 볼트의 머리부를 관통하여 설치된 게이지 터미널과;

   상기 게이지 터미널에 접속되는 접속단자가 통전되게 형성된 리드선과;

   상기 리드선의 접속단자가 그 단부에 고정되어 접속단자를 게이지 터미널에 탈착가능하게 접속시키고 리드선은 그 일방향으로 인출된 집게부재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스트레인 볼트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 볼트의 머리부에는 게이지 터미널이 각각 설치되도록 그 외주연부에서 중심 측으로 함몰된 복수의 요홈부가 형성되고,

   상기 요홈부에는 집게부재의 양단부가 클램핑되면서 리드선의 접속단자를 스트레인 게이지의 게이지 터미널에 접속시키는 것을 특징으로 하는 스트레인 볼트.

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