DE2139302B2

DE2139302B2 - Optisch-mechanische spannungs- oder dehnungsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2139302B2
Application number: DE19712139302
Authority: DE
Inventors: Charles H. Bethesda Popenoe, Md. (V.StA.)
Original assignee: Gyrfalcon Inc. Camp Hill, Pa. (V.St.A.)
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-08-05
Publication date: 1977-04-21
Also published as: AU3190271A; IL37434A0; US3602186A; ZA715052B; ES196704Y; BR7105034D0; DE2139302A1; BE771045A; GB1316899A; IL37434A; ES196704U; CA930619A; AU449200B2; SE361090B; JPS5113672B1; FR2104032A5; DE2139302C3

Description

Die Erfindung betrifft emc optisch-mechanische Spannungs- oder Dehnungsanzeigevorrichtung.

Zur Untersuchung der Spannungsverteilung in einem unter Belastung stehenden Teil und der Belastung, welche zu dieser Spannung Anlaß gibt, ist die Verwendung von doppelbrechenden oder photoelastischen Stoffen bekannt. Die Beobachtung erfolgt mit Hilfe von polarisiertem Licht und mit einem Viertelwellenplättchen. Derartige Plättchen können an dem doppelbrechenden Material selbst angeordnet werden. Einerseits kann das Material in Form eines Modells ausgebildet werden, welches die Form eines zu untersuchenden Teils wiedergibt, wobei dieses Modell dann einer den tatsächlichen in Betrieb vorkommenden Belastungen vergleichsweisen Belastung unterworfen werden kann. Andererseits kann das Material als Blatt oder als Schicht auf die Oberfläche eines zu untersuchenden Teils aufgebracht werden (CH-PS 3 55 972).
Zum Stand der Technik gehören auch Belastumgsmesser mit einem massiven rohr- oder faltenbalgartigen elastischen Verformungskörper, dessen beide Enden von der zu messenden Belastung beaufschlagt werden und dessen Verformung als Maß für die Belastung gemessen wird, Der Verformungskörper hat zwei in Verformungsrichtung versetzte Widerlager zur Aufnahme einer Platte aus doppelbrechendem Material, wovon das eine Widerlager zur Erzielung einer vorbestimmten Vorspannung der Platte in Richtung der zu messenden Verformung einstellbar ist (DT-AS 12 24 061).

Diese bekannten Vorrichtungen sind sehr aufwendig, da für die spannungsoptische Prüfung das photoelastische Material, Zusatzgeräte und spezielle Einbauteile erforderlich sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine optisch-mechanische Spannungs- oder Dehnungsanzeigevorrichtung zu schaffen, die ohne Verwendung eines doppelbrechenden Materials auf einfache Weise das Vorhandensein oder das Fehlen

't

einer Spannung oder einer Dehnung ermöglicht

Bei einer ersten Lösung dieser Aufgabe hat die Vorrichtung

a) einen ersten Spannungsteiler und einen zweiten nicht unter Spannung stehenden Teil, die beide an einem gemeinsamen Ende fest miteinander verbunden sind und an ihrem jeweils anderen Ende bei einer elastischen Verformung des ersten Teils relativ zueinander bewegbar angeordnet sind,

b) eine an dem ersten Teil befestigte Fensteröffnung, neben der der zweite Teil eine Anzeigefläche aufweist, die gegenüber der Fensterfläche unter der an dem ersten Teil angelegten mechanischen Spannung bewegbar ist,

c) ein Licht absorbierendes Anzeigeströmungsmittel zwischen der Fensterfläche und der Anzeigefläche, dessen sichtbare Menge zwischen den beiden Flächen sich mit der Relativbewegung der beiden Flächen ändert, und

d) eine Befestigungsvorrichtung, um den ersten Teil in der Nähe seiner Fensterfläche an einem Bauteil einer Baueinheit und in der Nähe des nicht unter Spannung stehenden Teils an einem anderen Bauteil einer Baueinheit zu befestigen, um den Spannungs- oder Dehnungszustand zwischen den beiden Bauteilen anzuzeigen.

Bei einer zweiten Lösung dieser Aufgabe hat die Vorrichtung

a) einen länglichen Spannungsteil mit einer axialen Bohrung und Befestigungseinrichtungen, um die Enden dieses Teils an Bauteilen zu befestigen, zwischen denen eine mechanische Spannung auftreten kann,

b) einen länglichen stabförmigen Teil, der lose in die axiale Bohrung eingesetzt ist und mit seinem einen Ende in der axialen Bohrung an dem Spannungsteil befestigt ist und an seinem anderen Ende eine Anzeigefläche quer zu seiner Längsachse aufweist,

c) ein lichtdurchlässiges Fenster, das das Ende der Bohrung an der Anzeigefläche verschließt, wobei die Anzeigefläche des stabförmigen Teils im spannungsfreien Zustand sehr nahe bei der Innenseite des Fensters liegt, und

d) ein lichtabsorbierendes Anzeige-Strömungsmittel im Raum der axialen Bohrung zwischen der Anzeigefläche des stabförmigen Teils und der Fensterfläche, wobei die Strömungsmittelmenge zwischen dem Fenster und der Anzeigtfläche sich mit der Relativbewegung der beiden Flächen ändert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß mit einfachen mechanischen Mitteln eine Spannungsanzeige dadurch erreicht werden kann, daß mit zunehmender Spannung oder Dehnung die Anzeigefläche von dem lichtabsorbierenden Anzeigeströmungsmittel abgedeckt wird, so daß die zunehmende Farbveränderung ausgehend von der Farbe der Anzeigefläche ein Maß für die anliegende Spannung bzw. die vorhandene Dehnung ist. Die Spannungsänderungen sind dann sehr deutlich erkennbar, wenn die Anzeigefläche beispielsweise einen leuchtenden Überzug aus roter, orangener oder gelber Farbe hat, während das Anzeigeströmungsmittel dunkel gefärbt ist, beispielsweise dunkleblau.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind sowohl die Anzeigefläche als auch die Innenseite des Fensters eben und liegen in einem dicht aneinander angreifenden Kontakt.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das Fenster eine ebene Innenfläche und die Anzeigefläche eine leichte Krümmung oder umgekehrt aufweisen, so daß die Anzeigefläche und das Fenster nicht an allen Punkten ihrer nebeneinanderliegenden Flächen miteinander in Kontakt stehen.

Zur weiteren Differenzierung der Spannungsanzeige ist es auch möglich, daß die Anzeigefläche mehrere Stufenflächen unter geringfügig verschiedenen Abständen von dem Fenster hat

Wenn das längliche Spannungsteil eine Schraube und das Fenster in einem Ende der Schraube angeordnet ist, kann eine ständige Überprüfung der an der Schraube herrschenden Spannung vorgenommen werden, so daß is im Fall eines Lockerwerdens der Schraube sofort erkennbar wird, daß die Schraube neu angezogen werden muß.

Dies gilt auch, wenn der längliche Spannungsteil ein Gewindezapfen ist und das Fenster in dem Gewindeende des Zapfens angeordnet ist

Eine weitere Ausführungsviriante besteht darin, daß der erste Teil ein elastisch verformbarer Befestigungskopf ist. Dabei kann der Kopf ein nachgiebiges scheibenförmiges Bauteil aufweisen, das sich von dem Umfang des Kopfes zu seinem Mittelbereich nach innen erstreckt, woDei sich der zweite Teil von dem Mittelteil zum Fenster erstreckt. Diese Ausführungsform ist herstellungstechnisch besonders einfach, da nur eine entsprechende Öffnung in dem Kopf ausgespart zu werden braucht, wobei als zweites Teil ein mittiger Zapfen stehenbleibt, der dann, wenn die öffnung von dem Fenster verschlossen ist, mit der Innenseite des Fensters in Kontakt steht.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine aus einem Schraubenbolzen bestehende erste Ausführungsform der Vorrichtung im spannungslosen Zustand;

F i g. 2 zeigt die Vorrichtung von F i g. 1 im unter Spannung stehenden Zustand;

Fig.3 zeigt einen Längsschnitt eines eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung bildenden Gewindebolzens im spannungslosen Zustand;

Fig.4 zeigt in einer Ansicht wie Fig. 1 eine modifizierte Ausführungsform des Schraubenbolzens;

F i g. 5 zeigt in einer Ansicht wie F i g. 4 eine weitere modifizierte Ausführungsform eines Schraubenbolzens; F i g. 6 zeigt in einer Ansicht wie F i g. 1 eine aus einem Schraubenbolzen bestehende dritte Ausführungsso form der Vorrichtung.

Der in Fig. 1 gezeigte Schraubenbolzen hat einen Sechskantkopf 3 und einen Schaft 2 mit einem Außengewinde 4. Durch den Schraubenbolzen 2 erstreckt sich vom Kopf 3 bis in die Näne des freien Endes des Schafts 2 eine Bohrung 6, die im Kopf 3 eine Erweiterung in Form einer Ansenkung 7 hat. In die Bohrung 6 ist ein Stifte eingesetzt, der mit seinem Ende 9 beispielsweise durch Reibschluß in der Bohrung im Bereich des freien Schaftendes festgelegt ist. Im Bereich des Kopfes3 sitzt auf dem Stifte eine Scheibe 11 mit einer Anzeigefläche 12, die von einem Überzug aus einer gut sichtbaren Farbe besteht. Die Ansenkung 7 im Kopf 3 ist durch ein Fenster 13 aus Glas, Kunststoff oder einem anderen transparenten Material verschlossen. Die Anzeigefläche 12 liegt dabei auf der Innenseite des Fensters 13 an. Der freie Raum in der Ansenkung 7 ist mit einem lichtabsorbierenden Anzeigeströmungsmittel 14 gefüllt, das eine andere Farbe als die Anzeigefläche

12 hat, wobei die Farbenanzeigefläche 12 und das Strömungsmittel 14 in einem leicht unterscheidbaren starken Kontrast stehen. Das Strömungsmittel 14 wird so gewählt, daß das Fenster 13 und die Anzeigefläche 12 nicht verschmutzt wird. Wenn die Schraube zum Befestigen von zwei mechanischen Teilen verwendet wird, wird sie beim Festziehen unter Spannung gesetzt, wobei sie sich etwas dehnt. Der Stift 8 steht jedoch nicht unter Spannung, so daß sich der an ihm befestigte Kopf 11 mit der Anzeige 12 etwas aus der Kontaktstellung am Fenster 13, wie dies aus F i g. 2 zu ersehen ist, entfernt, so daß das Strömungsmittel 14 zwischen das Fenster 13 und die Anzeigefläche 12 gelangen kann, so daß mit zunehmender Entfernung der Anzeigefläche 12 vom Fenster 13 die Farbe des Strömungsmittels immer mehr überwiegt, bis im Extremfall die Anzeigefläche 12 nicht mehr zu erkennen ist.

Bei dem in F i g. 3 verwendeten Gewindebolzen 22 übernimmt eine Mutter 23 die Rolle des Kopfes 3 beim Schraubenbolzen von F i g. 1, wobei in einer Bohrung 26 im Gewindebolzen ein Stift 28 mit dem unteren Ende gehalten ist, der eine Scheibe 31 innerhalb der Ansenkung 27 im Gewindebolzen 22 trägt, die von einem Fenster 33 verschlossen ist, wobei die Scheibe 31 mit ihrer Anzeigefläche 32 an dem Fenster 33 im spannungsfreien Zustand des Gewindebolzens 22 anliegt und die Ansenkung 27 mit einem Anzeigeströmungsmittel 34 gefüllt ist. Wenn der Gewindebolzen 22 mit einem nicht gezeigten Ende festgelegt ist, wird beim Anziehen der Mutter 23, die über eine Beilagscheibe 30 an dem Gegenlager anliegt, die Scheibe 31 des spannungsfrei bleibenden Stifts 28 vom Fenster 33 abgehoben, so daß, wie vorstehend beschrieben, das Anzeigeströmungsmittel 14 zwischen das Fenster 33 und die Scheibe 31 gelangen kann, wobei der Grad der Verfärbung der Anzeigefläche 32 ein Maß für die anliegende Spannung ist.

Bei der in Fig.4 gezeigten Modifizierung der Ausführungsform von F i g. 1 hat der Schraubenbolzen einen Schaft 2' und einen Kopf 3'. In der Ansenkung des Kopfes 3' ist eine Scheibe 11' vorgesehen, deren dem Fenster 13' gegenüberliegende Anzeigefläche 12' abgerundet ist, wobei die Scheibe 11' am höchsten Bereich an dem Fenster 13' anliegt und der maximale Abstand zwischen der Innenseite des Fensters 13' und der Scheibe 11' im Endbereich so bemessen ist, daß das lichtabsorbierende Anzeigeströmungsmittel im spannungsfreien Zustand kaum erkennbar ist. Beim Anziehen des Schraubenbolzens und der damit verbundenen Spannungserhöhung wird die erkennbare Anzeigefläche 12' im Ausgangsfarbton immer kleiner.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform ist in

!j der Ansenkung im Kopf 3" eines Schraubenbolzens eine Scheibe 11" vorgesehen, die an Stelle der Abrundung von F i g. 4 abgestuft ist, so daß durch das Fenster 13" bei festgelegten Spannungs- und Dehnungszuständen konzentrische Kreise verschiedener Größen auftreten.

to Das in Fig.6 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt einen Schraubenbolzen mit einem Schaft 2'" und einem Kopf 3'". Der Kopf 3'" hat ein sich vom Umfang des Kopfes zu einem Mittelbereich nach innen erstreckendes nachgiebiges scheibenförmiges Bauteil 15, von dem

2j aus eine Scheibe 11'" in Form eines Zapfens vom Mittelteil ausgehend bis zum Fenster 13'" vorsteht und es im spannungsfreien Zustand mit seiner Anzeigefläche 12'" berührt. Die Ansenkung ist mit einem Anzeigeströmungsmittel 14'" gefüllt. Beim Festziehen der Schraube findet eine derartige Verformung des Bauteils 15 statt, daß sich die Anzeigefläche 12'" aus der Kontaktstellung mit dem Fenster 13'" entfernt, so daß das Anzeigeströmungsmittel 14'" zwischen die Anzeigefläche 12'" und das Fenster 13'" gelangen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch im spannungsfreien Zustand montiert werden, wobei dann das Auftreten unerwünschter Spannungen erkennbar wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisch-mechanische Spannungs- oder Dehnungsanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Spannungsteil (3, 3'") und einen zweiten nicht unter Spannung stehenden Teil (8, 11'"), die beide an einem gemeinsamen Ende fest miteinander verbunden sind und an ihrem jeweils anderen Ende bei einer elastischen Verformung des ersten Teils relativ zueinander bewegbar angeordnet sind,

b) eine an dem ersten Teil befestigte Fensteröffnung (13, 13'"), neben der der zweite Teil (8, 11"') eine Anzeigefläche (12,12'") aufweist, die gegenüber der Fensterfläche unter der an dem ersten Teil angelegten mechanischen Spannung bewegbar ist,

c) ein lichtabsorbierendes Anzeigeströmungsmittel (14,14'") zwischen der Fensterfläche und der Anzeigefläche, dessen sichtbare Menge zwischen den beiden Flächen sich mit der Relativbewegung der beiden Flächen ändert, und

2. Spannungsanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch,

a) einen länglichen Spannungsteil (2,22) mit einer axialen Bohrung (6,26) und durch Befestigungseinrichtungen, um die Enden dieses Teils an Bauteilen zu befestigen, zwischen denen eine mechanische Spannung auftreten kann,

b) einen länglichen, stabförmigen Teil (8, 28), der lose in die axiale Bohrung eingesetzt ist und mit seinem einen Ende in der axialen Bohrung an dem Spannungsteil (2, 22) befestigt ist und an seinem anderen Ende eine Anzeigefläche (12, 32) quer zu seiner Längsachse aufweist,

c) ein lichtdurchlässiges Fenster (13, 33), das das Ende der Bohrung an der Anzeigefläche verschließt, wobei die Anzeigefläche des stabförmigen Teils (8, 28) im spannungsfreien Fall sehr nahe bei der Innenseite des Fensters liegt, und

d) ein lichtabsorbierendes Anzeigeströmungsmitte! (14. 34) im Raum der axialen Bohrung zwischen der Anzeigefläche des stabförmigen Teils (8,28) und der Fensterfläche (13,33), wobei die Strömungsmittelmenge zwischen dem Fenster (33) und der Anzeigefläche (12,32) sich mit der Relativbewegung der beiden Flächen ändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Anzeigefläche (12, 32,12'") als auch die Innenseite des Fensters (13,33, 13'") eben sind und in einem dicht aneinander angreifenden Kontakt liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (13') eine ebene Innenfläche und die Anzeigefläche (12') eine lichte Krümmung oder umgekehrt aufweist, so daß die Anzeigefläche und das Fenster nicht an allen Punkten ihrer nebeneinanderliegenden Flächen miteinander in Kontakt stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigefläche (H") mehrere Stufenflächen unter geringfügig verschiedenen Abständen von dem Fenster (13") hat

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Spannungsteil eine Schraube (2,22,2', 2'") ist und daß das Fenster (13, 33, 13', 13", 13'") in einem Ende der Schraube angeordnet ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Spannungsteil ein Gewindezapfen (22) ist und daß das Fenster (33) in dem Gewindeende des 2'apfens angeordnet ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil ein elastisch verformbarer Befestigungskopf (3'") ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3'") ein nachgiebiges scheibenförmiges Bauteil (15) hat, das sich von dem Umfang des Kopfes zu einem Mittelbereich nach innen erstreckt und daß der zweite Teil (H'") sich von dem Mittelteil zum Fenster(13'") erstreckt.