DE102010026457B4 - Clamping element, pipe connection and clamping tool - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Spannelement (10) zum Erzeugen einer axialen Vorspannkraft einer Schraubverbindung, enthaltend einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, welche mittels eines Federelementes miteinander verbunden sind, wobei der erste Schenkel und der zweite Schenkel jeweils eine Durchgangsbohrung aufweisen, in welche die Schraube aufnehmbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rohrverbindung (30), welche ein solches Spannelement (10) enthält und ein Spannwerkzeug zur Vorspannung eines solchen Spannelementes (10).The invention relates to a tensioning element (10) for generating an axial pretensioning force of a screw connection, containing a first leg and a second leg which are connected to one another by means of a spring element, the first leg and the second leg each having a through hole into which the screw is recordable. The invention also relates to a pipe connection (30) which contains such a clamping element (10) and a clamping tool for prestressing such a clamping element (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Spannelement zum Erzeugen einer axialen Vorspannkraft einer Schraubverbindung, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, welche mittels eines Federelementes miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rohrverbindung, welche ein erfindungsgemäßes Spannelement enthält, und ein Spannwerkzeug zum Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes.The invention relates to a tensioning element for generating an axial pretensioning force of a screw connection, having a first leg and a second leg which are connected to one another by means of a spring element. Furthermore, the invention relates to a pipe connection which contains a tensioning element according to the invention, and a tensioning tool for pretensioning a tensioning element according to the invention.
Spannelemente können dazu verwendet werden, eine konstante axiale Vorspannkraft auf die Verbindungsstelle zweier miteinander verbundener Bauelemente auszuüben.Tensioning elements can be used to exert a constant axial pretensioning force on the connection point of two structural elements connected to one another.
Bekannte Spannelemente können eine Schraubenfeder enthalten, welche aus einem Draht gewickelt wird. Die Schraubenfeder weist einen Innendurchmesser auf, welcher in etwa dem Schaftdurchmesser der Befestigungsschraube entspricht. Dadurch kann die Befestigungsschraube im Innenbereich der Schraubenfeder angeordnet werden, so dass die Schraubenfeder beim Anziehen der Befestigungsschraube komprimiert wird. Dadurch kann eine durch die Federhärte definierte Vorspannung der Schraubverbindung erzeugt werden.Known tensioners may include a coil spring wound from wire. The helical spring has an inner diameter which corresponds approximately to the shank diameter of the fastening screw. As a result, the fastening screw can be arranged in the interior of the helical spring, so that the helical spring is compressed when the fastening screw is tightened. As a result, a preload of the screw connection defined by the spring hardness can be generated.
Solche bekannten Spannelemente weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Schraubenfederwährend des Montagevorganges vom Schaft der Befestigungsschraube abrutschen kann, so dass der Montagevorgang erschwert wird. Sofern zusätzliche Beilagscheiben zur Kraftübertragung von der Feder auf die Schraube erforderlich sind, können auch diese während des Montagevorganges herunterfallen. Weiterhin wird die Schraubenfeder bei jeder Umdrehung der Schraube nur um den Betrag der Steigung eines Gewindeganges komprimiert, so dass das Erzeugen einer hinreichenden Vorspannkraft viele Schraubenumdrehungen erfordert. Dadurch wird die Montage zusätzlich erschwert. Schließlich ist das Innere der Schraubenfeder für eine Reinigung nur schwer zugänglich, so dass die bekannten Spannelemente bei erhöhten Anforderungen an die Hygiene nur mit erheblichem Aufwand einsetzbar sind.However, such known tensioning elements have the disadvantage that the helical spring can slip off the shank of the fastening screw during the assembly process, making the assembly process more difficult. If additional washers are required to transmit force from the spring to the screw, these can also fall off during the assembly process. Furthermore, with each revolution of the screw, the helical spring is only compressed by the amount of the pitch of a thread turn, so that generating a sufficient prestressing force requires many revolutions of the screw. This makes assembly even more difficult. Finally, the interior of the helical spring is difficult to access for cleaning, so that the known clamping elements can only be used with increased hygiene requirements with considerable effort.
Ausgehend von diesem aus der Praxis bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannelement bereitzustellen, welches in einfacher Weise montierbar ist. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Spannelement anzugeben, welches mit geringerem Aufwand gereinigt werden kann. Ferner sollen eine Rohrverbindung und ein Spannwerkzeug angegeben werden.Proceeding from this prior art known from practice, the invention is therefore based on the object of providing a tensioning element which can be installed in a simple manner. Furthermore, the object of the invention consists in specifying a tensioning element which can be cleaned with less effort. Furthermore, a pipe connection and a clamping tool are to be specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spannelement gemäß Anspruch 1, eine Rohrverbindung gemäß Anspruch 8 und ein Spannwerkzeug gemäß Anspruch 13 gelöst.The object is achieved according to the invention by a clamping element according to claim 1, a pipe connection according to claim 8 and a clamping tool according to claim 13.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Spannelement mit zwei Schenkeln auszustatten, welche jeweils eine Durchgangsbohrung aufweisen. Vor der Montage der Schraubverbindung wird der Schaft der Schraube in den Durchgangsbohrungen aufgenommen. Beide Schenkel sind über ein Federelement so verbunden, dass diese um einen virtuellen Drehpunkt schwenkbar sind. Auf diese Weise wird beim Zusammenführen beider Schenkel eine den Abstand der Schenkel vergrößernde Federkraft ausgeübt, welche die Schenkel wieder nach außen treibt. Dadurch sorgt die Federkraft dafür, dass das Spannelement mit den Durchgangsbohrungen am Schaft der Schraube verklemmt. Dadurch wird das Spannelement unverlierbar mit der Schraube vereint.According to the invention, it is proposed to equip the tensioning element with two legs, each of which has a through hole. Before assembling the screw connection, the shank of the screw is received in the through-holes. Both legs are connected via a spring element in such a way that they can be swiveled around a virtual pivot point. In this way, when the two legs are brought together, a spring force is exerted which increases the distance between the legs and drives the legs outwards again. The spring force ensures that the clamping element is jammed with the through-holes on the shank of the screw. As a result, the clamping element is captively combined with the screw.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der erste Schenkel, der zweite Schenkel und das Federelement einstückig aus einem einzelnen Blechstreifen gefertigt werden. Der Blechstreifen kann beispielsweise durch Sägen, Schneiden oder Fräsen aus einer Blechplatte geformt werden und schließlich durch Umformen in die endgültige Form des Spannelementes gebogen werden. Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine einfache und rationelle Fertigung des Spannelementes. Weiterhin wird durch die Vermeidung von Fügestellen die Zuverlässigkeit des Spannelementes erhöht. Schließlich kann das Spannelement kompakt und glattflächig ausgeführt sein, um auf diese Weise das Anhaften von Verschmutzungen zu minimieren.In some embodiments of the invention, the first leg, the second leg and the spring element can be manufactured in one piece from a single sheet metal strip. The sheet metal strip can be formed from a sheet metal plate, for example by sawing, cutting or milling, and finally bent into the final shape of the clamping element by forming. In this way, on the one hand, a simple and efficient production of the clamping element results. Furthermore, the reliability of the clamping element is increased by avoiding joints. Finally, the tensioning element can be designed to be compact and smooth-surfaced in order in this way to minimize the adhesion of dirt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Spannelement aus rostfreiem Stahl gefertigt sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Spannelement auch In der pharmazeutischen- oder Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann, ohne die hergestellten Produkte zu kontaminieren. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird unter einem rostfreiem Stahl eine Legierung bezeichnet, deren Werkstoffnummer nach europäischer Norm mit den Ziffern 1.4 beginnt.In some embodiments of the invention, the clamping element can be made of stainless steel. This embodiment offers the advantage that the clamping element can also be used in the pharmaceutical or food industry without contaminating the manufactured products. For the purposes of the present invention, a stainless steel is an alloy whose material number begins with the digits 1.4 according to the European standard.
Erfindungsgemäß muss das Federelement zumindest einen ersten Abschnitt und zumindest einen zweiten Abschnitt auf- , weisen, welche im entspannten Zustand einen Winkel von etwa 30° bis etwa 5° einschließen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einen Winkel von etwa 25° bis etwa 15° einschließen. Durch diese Ausführungsform des Federelementes kann die vom Spannelement bereitgestellte Federkraft gesteigert werden, ohne die prinzipiellen Vorteile des vorgeschlagenen Spannelementes aufzugeben. Insbesondere kann das Spannelement weiterhin einstückig hergestellt sein und in einfacher Weise gereinigt werden.According to the invention, the spring element must have at least one first section and at least one second section, which enclose an angle of approximately 30° to approximately 5° in the relaxed state. In some embodiments of the invention, the first section and the second section can enclose an angle of about 25° to about 15°. With this embodiment of the spring element, the spring force provided by the tensioning element can be increased without giving up the fundamental advantages of the proposed tensioning element. In particular, can the clamping element can continue to be made in one piece and can be cleaned in a simple manner.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Spannelement bei einer Rohrverbindung verwendet. Das erfindungsgemäße Spannelement kann mit einem Spannwerkzeug vorgespannt werden, in welches das Spannelement eingelegt und damit in einfacher Weise fixiert wird. Durch ein Presselement, welches eine Vorspannkraft auf beide Schenkel des Spannelementes aufbringt, wird der Abstand beider Schenkel verringert und dadurch das Federelement vorgespannt. Nach dem Einbringen der Schraube kann die durch das Spannwerkzeug aufgebrachte Vorspannkraft gelöst werden. Dadurch federt das Spannelement so weit zurück, bis dieses am Schaft der Schraube verklemmt.The clamping element according to the invention is preferably used in a pipe connection. The tensioning element according to the invention can be pretensioned with a tensioning tool, into which the tensioning element is inserted and thus fixed in a simple manner. The distance between the two legs is reduced by a pressing element, which applies a pretensioning force to both legs of the tensioning element, and the spring element is thereby pretensioned. After the screw has been inserted, the pretensioning force applied by the tensioning tool can be released. As a result, the tensioning element springs back until it jams on the shank of the screw.
Da das Spannelement nunmehr mit einer Vorspannung am Schaft der Schraube fixiert ist, reichen wenige Schraubenumdrehungen, um das Spannelement so weit zu komprimieren, bis der Schaft der Schraube in den Durchgangsbohrungen der Schenkel des Spannelementes frei verschieblich ist. In diesem Zustand kann das Spannelement eine Vorspannkraft auf das mit der Schraube und dem Spannelement fixierte Bauteil aufbringen.Since the clamping element is now fixed with a preload on the shank of the screw, a few turns of the screw are sufficient to compress the clamping element until the shank of the screw is freely displaceable in the through-holes of the legs of the clamping element. In this state, the tensioning element can apply a pretensioning force to the component fixed with the screw and the tensioning element.
Um das Einbringen der Schraube zu ermöglichen, muss das Spannwerkzeug eine zur Durchgangsbohrung des zweiten Schenkels korrespondierende Durchgangsbohrung aufweisen, in welche die Schraube aufnehmbar ist. Wahlweise kann die Durchgangsbohrung in einigen Ausführungsformen auch als zum distalen Ende offener Schlitz ausgeführt sein, um das Entfernen der mit dem Spannelement versehenen Schraube in besonders einfacher Weise zu ermöglichen, in dem der Schraubenschaft aus dem Schlitz ausgefädelt wird.In order to enable the screw to be inserted, the clamping tool must have a through-hole which corresponds to the through-hole of the second leg and into which the screw can be accommodated. Optionally, in some embodiments, the through hole can also be designed as a slot open towards the distal end, in order to enable the screw provided with the tensioning element to be removed in a particularly simple manner by threading the screw shank out of the slot.
Erfindungsgemäß kann das Fixieren des Spannelementes im Spannwerkzeug dadurch erfolgen, dass das Halteelement des Spannwerkzeuges an seinem distalen Ende einen Überstand aufweist, welcher mit der Stirnseite des zweiten Schenkels in Eingriff bringbar ist. Auf diese Weise kann das Spannelement in das Spannwerkzeug einfach eingelegt werden, ohne dass eine weitere mechanische Befestigung des vorzuspannenden Spannelementes im Spannwerkzeug erfolgen muss.According to the invention, the clamping element can be fixed in the clamping tool in that the holding element of the clamping tool has an overhang at its distal end, which can be brought into engagement with the end face of the second leg. In this way, the clamping element can be easily inserted into the clamping tool without the clamping element to be prestressed having to be mechanically fastened further in the clamping tool.
Sofern das Presselement an einem zwischen dem Federelement und der Durchgangsbohrung gelegenen Punkt am ersten Schenkel angreift, kann die Schraube in besonders einfacher Weise in das Spannelement eingebracht werden, ohne dass Teile des Spannwerkzeuges die Durchgangsbohrung des ersten Schenkels des Spannelementes blockieren.If the pressing element acts on the first leg at a point located between the spring element and the through-hole, the screw can be introduced into the tensioning element in a particularly simple manner without parts of the tensioning tool blocking the through-hole of the first leg of the tensioning element.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine mit dem erfindungsgemäßen Spannelement versehene Schraube, -
2 eine Ausführungsform des Spannelementes im entspannten Zustand, -
3 das Spannelement gemäß2 im vorgespannten Zustand, -
4 das Spannelement gemäß2 in der endgültigen Einbauposition, -
5 eine Rohrverbindung mit Spannelementen gemäß der vorliegenden Erfindung, -
6 eine erste Ausführungsform eines Spannwerkzeuges zum Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes, und -
7 eine zweite Ausführungsform eines Spannwerkzeugs zum Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes.
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1 a screw provided with the clamping element according to the invention, -
2 an embodiment of the clamping element in the relaxed state, -
3 the clamping element according to2 in the prestressed state, -
4 the clamping element according to2 in the final installation position, -
5 a pipe connection with clamping elements according to the present invention, -
6 a first embodiment of a clamping tool for prestressing a clamping element according to the invention, and -
7 a second embodiment of a clamping tool for prestressing a clamping element according to the invention.
Am Schaft 202 ist ein Spannelement 10 fixiert. Das Spannelement 10 wird anhand der
Der erste Schenkel 101, der zweite Schenkel 102 und das Federelement 103 können in einigen Ausführungsformen der Erfindung einstückig hergestellt sein. Auf diese Weise werden Fügestellen zwischen dem Federelement 103 und den Schenkeln 101 und 102 vermieden. Dies kann die Zuverlässigkeit des Spannelementes erhöhen und/oder eine besonders einfache Fertigung des Spannelementes aus nur einem Blechstreifen ermöglichen.In some embodiments of the invention, the
Das Federelement 103 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein einfach gebogener Teilabschnitt der das Spannelement bildenden Materiallage sein. Zur Erhöhung der Federkraft kann die In
Auch die gemäß
Wie aus
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Verringerung des Winkels β zwischen den in
Die Rohrverbindung 30 dient zur Verbindung zweier Rohre 311 und 312. Dabei ist am ersten Rohr 311 ein Kegelsitz angeformt und am zweiten Rohr 312 eine dazu komplementäre Aufnahme. Im Kegelsitz zwischen dem ersten Rohr 311 und dem zweiten Rohr 312 kann ein optionaler Dichtungsring 310 angeordnet sein.The
Zumindest eines der Rohre 311 und 312 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung aus einem zum Sprödbruch neigenden Material gefertigt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dies ein Glas oder eine Keramik sein.At least one of the
Um den Kegelsitz zwischen den Rohren 311 und 312 mit einer konstanten axialen Vorspannung zu beaufschlagen, wird das Rohr 311 in eine Schelle 301 eingeführt. Das Rohr 312 wird in eine Schelle 302 eingeführt. Um das Auftreten von Spannungsspitzen am äußeren Umfang der Rohre 311 und 312 zu vermeiden, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung jeweils ein Elastomerring 303 bzw. 304 zwischen der Anlagefläche der Schellen 301 und 302 und den jeweiligen Rohrenden 311 und 312 angeordnet sein.In order to apply a constant axial preload to the conical seat between the
In der Ausführungsform gemäß
Zur Montage der Rohrverbindungen werden in die Bohrungen der Schelle 301 die Schrauben 20a, 20b und 20c eingeführt. Zuvor wurden auf die Schäfte 202 jeweils vorgespannte Spannelemente 10a, 10b und 10c aufgebracht und durch Klemmung befestigt.To assemble the pipe connections, the
Nach der Vorsteckmontage der Schrauben 20a, 20b und 20c werden diese durch die Bohrungen der Schelle 302 geführt und an deren Unterseite mit Muttern 203 verschraubt. Durch Anziehen der Mutter 203 werden die drei Spannelemente 10a, 10b und 10c von der in Fig, 3 dargestellten Stellung in die in
Weiterhin weist das Spannwerkzeug ein Presselement 420 auf, welches über einen Drehpunkt 440 gelenkig mit dem Halteelement 410 verbunden ist. Das Presselement 420 greift an einem Punkt 107 am Spannelement 10 an. Der Angriffspunkt 107 befindet sich zwischen dem Federelement 103 und der Durchgangsbohrung 105, so dass die Durchgangsbohrung 105 durch das Presselement 420 nicht verlegt wird.Furthermore, the clamping tool has a
Nun kann durch Betätigen der Handhebel 430 und 435 das Presselement 420 so gegen das Federelement 103 geführt werden, dass das Spannelement 10 komprimiert wird. Dies bewirkt ein Überführen des Spannelementes von der In
Im nächsten Schritt kann nun eine Schraube 20 durch die Durchgangsbohrungen 105 eingeführt werden. Hierzu weist das Halteelement 410 des Spannwerkzeuges 40 eine Durchgangsbohrung 411 auf. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Durchgangsbohrung 411 auch zum distalen Ende 415 hin offen ausgeführt werden, so dass das Halteelement 410 die Form einer zweizinkigen Gabel annimmt.In the next step, a
Nachdem die Schraube 20 eingeführt wurde, kann die Anpresskraft des Presselementes 420 reduziert werden. Dadurch dehnt sich das Spannelement aus der in
Gemäß
Nachdem die Schraube 20 in die Bohrung 105 eingeführt wurde, wird die durch das Spannwerkzeug aufgebrachte Vorspannung gelöst und die Schraube 20 mit dem daran befestigten Spannelement 10 aus dem Spannwerkzeug entnommen, wie anhand von Fig, 6 beschrieben.After the
Selbstverständlich erlaubt das in der vorstehenden Beschreibung offenbarte Lösungsprinzip auch Abwandlungen, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken zu verlassen. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondem als erläutemd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die Beschreibung „erste“, „zwelte“; „dritte“ und „vierte“ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the solution principle disclosed in the above description also allows modifications without departing from the general inventive idea. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but rather as illustrative. It is to be understood in the following claims that a specified feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the description "first", "second"; If you define “third” and “fourth” characteristics, this designation serves to distinguish between similar characteristics without establishing a ranking.
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2010
- 2010-07-08 DE DE102010026457.1A patent/DE102010026457B4/en active Active
-
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- 2011-07-06 WO PCT/EP2011/061418 patent/WO2012004307A1/en active Application Filing
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Publication number | Publication date |
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