NO344877B1

NO344877B1 - Leddbolt forsynt med utstyr for registrering av belastning

Info

Publication number: NO344877B1
Application number: NO20171728A
Authority: NO
Inventors: Øyvind Karlsen
Original assignee: Bondura Tech As
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2020-06-15
Also published as: NO20171728A1; EP3704456A1; EP3704456A4; WO2019088844A1

Description

LEDDBOLT FORSYNT MED UTSTYR FOR REGISTRERING AV BELASTNING

Oppfinnelsen vedrører en leddbolt som omfatter en aksling forsynt med koniske endepartier og et midtparti, innvendig koniske, radielt ekspanderbare spennhylser som er aksielt forskyvbare på akslingens koniske endepartier, idet leddbolten er innrettet til oppspenning i en første og en andre boring i et første element ved at leddbolten er forsynt med midler innrettet til aksiell forskyvning og radiell ekspansjon av spennhylsene på de koniske endepartiene, og midtpartiet er innrettet til å tildanne en opplagring for et andre element.

I dreieledd, for eksempel mellom ramme og bom på en løftekran, en gravemaskin eller en hjullaster, overføres det til dels store krefter via en eller flere leddbolter og tilstøtende lager og oppspenningsflater. Særlig for store dreieledd er leddbolten ofte utført med koniske endepartier innrettet til mottak av aksielt forskyvbare og radielt ekspanderbare spennhylser for låsing av leddbolten mot festeører i ramma slik at leddbolten er presist fiksert og ikke dreier med det dreibare elementet som er opplagret på leddbolten. Leddbolter av denne typen er for eksempel kjent fra NO 307902.

Selv om leddbolter av denne art av ulike årsaker ofte er sterkt overdimensjonert når det gjelder opptak av skjærkrefter overført til dreieleddet fra det opplagrede elementets egenvekt og påført last, er det en fordel om leddboltens påkjenninger kan overvåkes. Bedret oversikt over reell belastning av dreieledd av denne art vil kunne resultere i at dreieleddene kan dimensjonere mer optimalt, og i mange tilfeller vil det kunne gjøres store innsparinger både på kostnader og på vekt. Alternativt eller i tillegg er det ofte behov for å overvåke og eventuelt registrere belastningen i tilknyttede elementer, for eksempel strekket i en wire kranbom som er tilkoplet leddbolten.

Fra US3695096A er det kjent en sylindrisk leddbolt som tildanner en leddforbindelse mellom et gaffelformet element og et mellomliggende element, idet leddbolten er opplagret i boringer i elementene. Et bolthode og en mutter begrenser leddboltens aksielle vandring. En senterboring strekker seg gjennom bolthodet og mot det gjengede endepartiet av leddbolten. Ifølge normal praksis er toleransene for kontaktflatene mellom leddbolten og elementene valgt slik at en unngår oppspenning og muliggjør lett innføring og uttrekking av leddbolten. Leddboltens utvendige sylinderflate omfatter partier med redusert diameter i overgangssonene mellom den midtre kontaktflaten og de tilstøtende endekontaktflatene. Strekklapper er anordnet i senterboringen radielt innenfor partiene med redusert diameter for å tilveiebringe måling av spenningskonsentrasjoner som oppstår pga. det reduserte leddbolttverrsnittet i disse områdene. Strekklappene er plassert parvis diametralt overfor hverandre og med avfølingsretning 45 grader på leddboltens senterakseretning og med den ene strekklappen vendt 90 grader i forhold til den andre. Det presiseres i dokumentet at leddbolten skal være montert med en viss aksiell slark for at leddbolten ikke skal påføres signifikant aksiell belastning og påvirke signalene som genereres ved hjelp av strekklappene. Det understrekes også at leddbolten må monteres med en bestemt dreievinkel ved at en kantflate på bolthodet ligger støttende an mot et anlegg.

US 4627341 A beskriver ei ballepresse med et stempel tilkoplet en sylindrisk bolt hvor det er anordnet flere sensorer for avføling av trykket i pressekammeret. Sensorene er anbrakt på overflaten av ringformede, utvendige forsenkninger i bolten, og er forbundet med et trykkstyringssystem via ledninger som er ført fra sensorene og gjennom en sentral boring i bolten.

WO 2014166976 A1 beskriver en sylindrisk målestav med ett eller flere sirkulære, utvendige spor samt en senterboring hvor det på den innvendige veggen er montert minst én sensor radielt innenfor hvert av nevnte spor.

Fra US 2002002861 A1 er det kjent ei kraftdetekterende lastcelle som kan erstatte en eksisterende bolt. Lastcella er sylindrisk med korte soner med redusert diameter for å konsentrere spenningen i lastcella til disse sonene. Radielt innenfor disse sonene er det på veggen i en senterboring fastgjort strekklapper som står i forbindelse med et utvendig måle- og overvåkingsinstrument.

Fra WO 8502236 A1 er det kjent en kompakt bolt som i begge ender er forankret til boringer i festeører. Den ene forankringen er utført ved at en første mutter ligger an mot ei utkraget hylse som igjen ligger støttende an mot det ene av nevnte festører. En første radielt ekspanderbar fôring omkranser et første konisk parti av bolten og rager inn i det ene festeørets boring. Den andre forankringen er tilveiebrakt ved at en andre mutter ligger an mot en andre radielt ekspanderbar fôring som omkranser et andre konisk parti av bolten og rager inn i det andre festeørets boring, for ved oppspenning å trekke bolten i aksiell retning mot nevnte andre mutter slik at fôringene ekspanderes til anlegg mot de respektive boringene.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer en leddbolt som omfatter en aksling for sammenkopling av et første legeme og et andre legeme. Akslingen er i det minste forsynt med et første, utvendig konisk endeparti som er innrettet til mottak av en første innvendig konisk, radielt ekspanderbar spennhylse med en i det vesentlige sylindrisk utvendig flate, og spennhylsen er radielt ekspanderbar. Det første legemet er forsynt med en første boring og en andre boring, og det andre legemet er forsynt med en tredje boring anordnet mellom det første legemets første og andre boringer, og spennbolten strekker seg gjennom boringene. Den første spennhylsen er innrettet til ved å forskyves i akslingens lengderetning å kunne spennes opp mot den første boringen. Et andre endeparti av akslingen er innrettet til å avstøttes i det første legemets andre boring, og et midtparti av akslingen er innrettet til å avstøttes i det andre legemets tredje boring. Akslingens andre endeparti er fortrinnsvis utvendig konisk og innrettet til mottak av en andre innvendig konisk spennhylse med en i det vesentlige sylindrisk utvendig flate tilsvarende arrangementet i akslingens første endeparti.

Leddbolten omfatter midler for aksiell forskyvning av spennhylsa i forhold til det koniske endepartiet, typisk i form av aksiale, gjengede boringer i akslingens respektive endeparti og ei klemplate som er innrettet til å presses mot spennhylsas endeflate. Akslingen kan videre være forsynt med kanaler for tilførsel av smøremidler til et midtparti av akslingen.

Akslingen er forsynt med en sentrisk plassert utsparing som strekker seg fra en av akslingens ene endepartier. Utsparingen har fortrinnsvis sirkulært tverrsnitt.

Utsparingen er innrettet til mottak av midler, i det etterfølgende kalt «måleelement», for registrering av deformasjon i akslingen i et parti av utsparingens veggflate, typisk deformasjon i form av forlengelse eller komprimering av materialet i veggflaten. Måleelementet kan for eksempel være en strekklapp som festes til utsparingens vegg og inngår i Wheatstones bro eller en annen sammenstilling for registrering av endring i strekklappens elektriske motstand. Utsparingens vegg har fortrinnsvis en overflateruhet Ra <1,5.

Akslingens midtparti er forsynt med to sirkulære spor med et midtplan som fortrinnsvis står perpendikulært på akslingens senterakse. Sporenes bunnparti har fortrinnsvis et halvsirkulært tverrsnitt for å forhindre sprekkanvisning. Sporenes dybde tilpasses de kravene som stilles til målenøyaktighet. Jo større spordybden er i forhold til akslingens største diameter, jo bedre målenøyaktighet oppnås.

Sporene er anordnet slik at en indre sporsideflate, dvs. den sporsideflaten som vender mot akslingens respektive endeparti, ligger i en avstand fra det første elementets første, respektive andre boring, dvs. slik at akslingen er understøttet i det første elementet bare med de partiene av akslingen som ligger utenfor sporene, dvs. det koniske endepartiet med sin spennhylse samt det av midtpartiet som ligger mellom sporet og det koniske endepartiet. Dermed tilveiebringer sporene spenningskonsentrasjoner i akslingen.

Den spenningskonsentrasjonen som sporene tilveiebringer, benyttes til å oppnå stor nøyaktighet i måling av belastning på bolten, idet nevnte måleelementer festes på utsparingens vegg rett innenfor sporene, fortrinnsvis på en delingssirkel som sammenfaller med det respektive sporets midtplan.

Det er en fordel om det plasseres flere måleelement innenfor hvert spor, fordelt på utsparingens periferi. Dersom den kritiske belastningen som leddbolten skal oppta, har en varierende retning, eller akslingen er montert med en tilfeldig vinkelorientering, er det en fordel om det benyttes to måleelement plassert med 90 graders vinkelavstand, eventuelt tre måleelement med 120 graders vinkelforskjell, og måleelementene er forspent, dvs. at de også kan registrere negativ belastning (sammenpressing) i flaten måleelementet er montert på.

Det er en fordel om utsparingen er gjennomgående og åpen i begge ender i det minste under innfesting avmåleelementene. Etter montering av måleelementene kan det være en fordel å lukke utsparingens ender for å hindre inntrenging av fluider som kan påvirke måleelementenes egenskaper. Utsparingen kan lukkes permanent eller med løsgjørbare pakninger.

Ledninger som forbinder måleelementene og eventuelle nærliggende, tilknyttede komponenter og en kontrollenhet, eventuelt en sender for trådløs kommunikasjon med en kontrollenhet, er ført ut av akslingen gjennom et munningsparti av utsparingen.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en leddbolt som omfatter en aksling forsynt med koniske endepartier og et midtparti, innvendig koniske, radielt ekspanderbare spennhylser som er aksielt forskyvbare på akslingens koniske endepartier, idet leddbolten er innrettet til oppspenning i en første og en andre boring i et første element ved at leddbolten er forsynt med midler innrettet til aksiell forskyvning og radiell ekspansjon av spennhylsene på de koniske endepartiene, og midtpartiet er innrettet til å tildanne en opplagring for et andre element, kjennetegnet ved at akslingen er forsynt med en sentrisk anordnet utsparing, og spor anordnet i midtpartiets periferi nær hver av de koniske endepartiene, hvor i det minste en sporsideflate som vender mot det respektive koniske endepartiet, ligger i en avstand fra den første, respektive den andre boringen slik at den delen av akslingens midtparti som ligger mellom sporene, ikke kommer i berøring med nevnte boringer; og det innenfor hvert spor og på en vegg i utsparingen er festet minst ett måleelement innrettet til registrering av en endring i en materialspenning i veggen, og det minst ene måleelementet er på signalkommuniserende vis forbundet med en kontrollenhet.

Det minst ene måleelementet kan være anordnet radielt innenfor det respektive sporet.

Det minst ene måleelementet kan være anordnet på en delingssirkel som er sammenfallende med et midtplan i det respektive sporet. Flere måleelementer kan være anordnet på samme delingssirkel.

To måleelementer kan være anordnet på samme delingssirkel med 90 graders innbyrdes vinkelavstand. Alternativt kan tre måleelementer være anordnet på samme delingssirkel med 120 graders innbyrdes vinkelavstand.

Det minst ene måleelementet kan omfatte en strekklapp. Alternativt kan det minst ene måleelementet omfatte en forspent strekklapp.

Utsparingen kan ha sirkulært tverrsnitt.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et aksialsnitt gjennom et dreieledd forsynt med en leddbolt ifølge oppfinnelsen, hvor leddbolten er oppspent i et første element, og et andre element er dreibart opplagret på leddbolten;

Fig. 1a og 1b viser i utsnitt et tverrsnitt gjennom leddbolten med alternative plasseringer av måleelementer på en veggflate i en utsparing i leddbolten;

Fig. 2 viser ei perspektivskisse av leddbolten; og

Fig. 3 viser i mindre målestokk ei perspektivskisse av et dreieledd med leddbolten ifølge oppfinnelsen tilkoplet en kontrollenhet.

Det henvises først til figur 1. Et dreieledd er tildannet ved at en leddbolt 1 strekker seg gjennom en første og en andre boring 21, 22 i et første element 2. Et andre element 3 er dreibart opplagret på leddbolten 1 ved at leddbolten 1 strekker seg gjennom en tredje boring 31 i det andre elementet 3 og er anordnet mellom det første elementets 2 boringer 21, 22.

Leddbolten 1 er tildannet av en aksling 11 forsynt med koniske første og andre endepartier 111, 112 og et mellomliggende sylindrisk midtparti 113. Endepartiene 111, 112 er innrettet til mottak av hver sin spennhylse 12 forsynt med en konisk innvendig flate 121 samt en sylindrisk utvendig flate 122. Et utkraget endeparti 123 tildanner en endeflate 124. Spennhylsene 12 er forsynt med flere spalter 125 som bryter gjennom i det minste den koniske innvendige og sylindriske utvendige flaten 121, 122 (se figur 2). Ei spalte 125a skjærer også gjennom det utkragede endepartiet 123 (se figur 2). Dermed er spennhylsene 12 ved aksiell forskyvning på akslingens 11 koniske endepartier 111, 112 radielt ekspanderbare for derved å kunne spennes fast i det første elementets 2 boringer 21, 22. Oppspenningen tilveiebringes ved at klemplater 13 presses mot spennhylsenes 12 endeflater 124 ved hjelp av klemskruer 14 som strekkes seg gjennom bolthull 131 i klemplatene 13 og inn i gjengehull 115 i akslingens 11 endepartier 111, 112. Klemplatene 13 kan være forsynt med et ytterligere bolthull 131a for valgfri innfesting av klemplata 13 i det første elementet 2 for å forenkle posisjoneringen av leddbolten 1.

En klemskrue 14 er forsynt med en passasje 141 som står i forbindelse med et smørespor 117 som er anordnet på akslingens 11 periferi, via en kanal 116 i akslingen 11. Klemskruens 14 passasje 141 er i et munningsparti 1411 innrettet til mottak av en smørenippel (ikke vist).

Nær overgangen mellom hver av akslingens 11 koniske endepartier 111, 112 og midtpartiet 113 er det anordnet sirkulære spor 1131 avgrenset av en første (ytre) sporsideflate 1131b, en andre (indre sporsideflate 1131c og et avrundet bunnparti 1131a. Et midtplan i sporet er angitt med henvisningstallet 1131d. Midtplanet 1131d står perpendikulært på akslingens 11 senterakse.

Akslingen 11 er forsynt med en gjennomgående utsparing 114 plassert sentrisk i akslingen 11 og typisk tildannet som en boring med sirkulært tverrsnitt. Munningspartier 1142 er tildannet for mottak av tetningsmidler 1143, her skjematisk vist som ei tetningsplate1143 i ett av munningspartiene 1142.

På en veggflate 1141 i akslingens 11 gjennomgående utsparing 114, radielt innenfor de utvendige sporene 1131 nær akslingens 11 endepartier 111, 112 er det fastgjort flere måleelementer 16, typisk i form av strekklapper. Måleelementene 16 er fordelt på delingssirkler på utsparingens 114 periferi. I en utførelse er det anbrakt to måleelementer 16 ved hvert spor 1131 med 90 º vinkelavstand (se figur 1a). I en annen utførelse er det anbrakt tre måleelementer 16 med 120 º vinkelavstand (se figur 1b). Måleelementene 16 er tilkoplet en signalledning 161 som er ført ut av akslingens 11 utsparing 114 gjennom en pakning 15 anordnet i en senterutsparing 132 i ei av klemplatene 13. Signalledningen 161 er tilknyttet en kontrollenhet 4 anordnet i en avstand fra leddbolten 1 (se figur 3), ved direkte tilkopling eller trådløst via en dertil egnet signaloverføringsenhet (ikke vist). Nødvendige komponenter (ikke vist) som samvirker med måleelementene 16 for å tilveiebringe lesbare måleresultater, for eksempel å omgjøre en strekklapps endrede motstand ved endret materialspenning til en relevant måleverdi ved at strekklappen inngår i Wheatstones bro eller tilsvarende, kan være anordnet i eller ved akslingens 11 utsparing 114 eller i tilknytning til kontrollenheten 4.

Når leddbolten 1 monteres, plasseres den slik i det første elementets 2 boringer 21, 22 at sporene 1131 strekker seg innover fra nevnte boringer 21, 22, dvs. slik at den delen av akslingens 11 midtparti 113 som ligger mellom sporene 1131, ikke kommer i berøring med nevnte boringer 21, 22. Dermed vil akslingen 11 ved opptak av last fra det andre elementet 3 påføres en spenningstopp i partiene innenfor sporene 1131. Disse spenningstoppene registreres av måleelementene 16 som er plassert nettopp der belastningen på akslingen 11 er størst.

Variasjoner i avstanden mellom boringene 21, 22 og sporenes 1131 andre (indre) sporsideflater har liten innvirkning på målenøyaktigheten for måleelementene 16. Det avgjørende er at det første elementets 2 boringer 21, 22 ikke strekker seg inn over den delen av midtpartiet 113 som ligger mellom sporene 1131, og måleelementenes 16 plassering i forhold til det respektive sporet 1131.

Det er en fordel om målelementene 16 er anordnet slik at de også kan registrere elastisk sammentrykking av den flaten de er festet på. Dette kan oppnås for eksempel ved bruk av forspente strekklapper.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformene illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktumet at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekkene ikke med fordel kan brukes.

Claims

Patentkrav

1. Leddbolt (1) som omfatter

en aksling (11) forsynt med koniske endepartier (111, 112) og et midtparti (113),

innvendig koniske, radielt ekspanderbare spennhylser (12) som er aksielt forskyvbare på akslingens (11) koniske endepartier (111, 112), idet leddbolten (1) er innrettet til oppspenning i en første og en andre boring (21, 22) i et første element (2) ved at leddbolten er forsynt med midler (13, 14, 115) innrettet til aksiell forskyvning og radiell ekspansjon av spennhylsene (12) på de koniske endepartiene (111, 112), og

midtpartiet (113) er innrettet til å tildanne en opplagring for et andre element (3), k a r a k t e r i s e r t v e d at

akslingen (11) er forsynt med

en sentrisk anordnet utsparing (114), og

et spor (1131) anordnet i midtpartiets (113) periferi nær hver av de koniske endepartiene (111, 112), hvor i det minste en sporsideflate (1131c) som vender mot det respektive koniske endepartiet (111, 112), ligger i en avstand fra den første, respektive den andre boringen (21, 22) slik at den delen av akslingens (11) midtparti (113) som ligger mellom sporene (1131), ikke kommer i berøring med nevnte boringer (21, 22); og

det innenfor hvert spor (1131) og på en vegg (1141) i utsparingen (114) er festet minst ett måleelement (16) innrettet til registrering av en endring i en materialspenning i veggen (1141), og

det minst ene måleelementet (16) er på signalkommuniserende vis forbundet med en kontrollenhet (4).

2. Leddbolten (1) i henhold til krav 1, hvor det minst ene måleelementet (16) er anordnet radielt innenfor det respektive sporet (1131).

3. Leddbolten (1) i henhold til krav 1, hvor det minst ene måleelementet (16) er anordnet på en delingssirkel som er sammenfallende med et midtplan (1131d) i det respektive sporet (1131).

4. Leddbolten (1) i henhold til krav 2, hvor flere måleelementer (16) er anordnet på samme delingssirkel.

5. Leddbolten (1) i henhold til krav 3, hvor to måleelementer (16) er anordnet med 90 graders innbyrdes vinkelavstand.

6. Leddbolten (1) i henhold til krav 3, hvor tre måleelementer (16) er anordnet med 120 graders innbyrdes vinkelavstand på samme delingssirkel.

7. Leddbolten (1) i henhold til et hvilket som helst av kravene 2-5, hvor det minst ene måleelementet (16) omfatter en strekklapp.

8. Leddbolten (1) i henhold til et hvilket som helst av kravene 2-5, hvor det minst ene måleelementet (16) omfatter en forspent strekklapp.

9. Leddbolten (1) i henhold til krav 1, hvor utsparingen (114) har sirkulært tverrsnitt.