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Vorrichtung zum axialen Vorspannen
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einer Schraubenverbindung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum axialen Vorspannen einer Schraubenverbindung, insbesondere des Schwermaschinen-und
Behälterbaues, die den Schraubenbolzen lose umschließend zwischen einem Kopf dieses
Bolzens oder einer Mutter und einem dem Kopf bzw. der Mutter zugewandten Bauteil
angeordnet ist.
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Im rauhen Betrieb, beispielsweise von Walzwerken und Schmieden, sind
häufig Schäden an Bauteilen zu beobachten, die auf unzureichend vorgespannte Schraubenverbindungen
zurückzuführen sind. Das Problem, die Schraubenbolzen entsprechend ihrem Werkstoff
und ihren Abmessungen vorzuspannen, läßt sich insbesondere bei Schraubenbolzen großen
Durchmessers mit herkömmlichen Drehmomentschlüsseln nur mit Mühe und unter beengten
Platzverhältnissen oftmals gar nicht lösen. Diesbezüglich schafft eine durch die
GB-PS 980 090 bekannte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art Abhilfe, die zunächst
eine mit einer radial umlaufenden Nut versehene Metallscheibe enthält, wobei die
Nut zur äußeren Wandung hin gerichtete Ausnehmungen zur Aufnahme radial verschiebbarer
Tauchkolben besitzt. In der im Bereich der Ausnehmung verbliebenen Wandung der Metallscheibe
sind Schrauben für das Betätigen der Tauchkolben gehalten. Die Nut ist durch einen
teilweise in ihr einliegenden, axial beweglichen Kolben verschlossen; in dem so
gebildeten Druckraum befindet sich ein Ring aus Gummi oder ähnlichem inkompressiblem
Werkstoff. Außerdem wird die Vorrichtung durch zwei Satz geteilter Distanzringe
komplettiert. Bei der Montage wird die Mutter oder der Schraubenkopf beispielsweise
von Hand in Wirkverbindung mit dem ersten, auf der Metallscheibe liegenden Ringsatz
gebracht
a Die anschließend über die Schrauben eingeleitete Kraft
wird über die Tauchkolben und den Gummiring auf den Kolben geleitet. Der Schraubenbolzen
erfährt eine Dehnung und zwar in dem Maße, daß der erste Ringsatz gegen den zweiten,
dickeren Ringsatz ausgewechselt werden kann. Letztlich muß der Druck im Druckraum
abgebaut werden, um die Mutter gegen den dickeren Ringsatz anliegen zu lassen. In
nachteiliger Weise besteht diese hydraulisch wirkende Vorrichtung aus einer Vielzahl
von Teilen, die auf Grund ihrer Gestaltung und Funktion einen hohen Fertigungsaufwand
erfordern. Die dünnwandigen Distanzringe können in der rauhen Betriebspraxis leicht
verlorengehen oder deformiert werden.
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Weiter erscheint die Vorrichtung nur zum Vorspanneneines einzigen,
hinsichtlich Länge und Werkstoff definierten Schraubenbolzens ausgelegt, da andernfalls
eine Vielzahl unterschiedlicher Distanzringe bereitzuhalten wären Schließlich ist
die Anwendbarkeit im Hinblick auf Temperatureinflüsse und -schwankungen begrenzt.
Wenn die Vorrichtung beispielsweise bei niedriger Temperatur montiert und anschließend
einer hohen Temperatur - die wegen des Ringes aus Gummi oder Kunststoff ohnehin
nicht höher als ungefähr 100 C sein darf - ausgesetzt ist, kann die Mutter auf Grund
der hohen Wärmedehnung des Gummiringes abheben, so daß die Distanzringhälften herausfallen
oder sogar die Streckgrenze des Schraubenbolzens überschritten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der gattungsgemäßen
Art einfach und robust auszubilden, wobei die Vorrichtung in leichter Weise zum
Aufbringen unterschiedlicher, den Längen und Werkstoffen jeweiliger Schraubenbolzen
entsprechender Vorspannkräfte geeignet und gegenüber Temperatureinflüssen unempfindlich
sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
zwei rechteckförmig gestaltete, mit jeweils mindestens einer Keilfläche versehene
Gleitstücke enthält, die mittels
Schrauben gegen im Abstand zueinander
angeordnete, entsprechende Keilflächen bzw ebene Gleitflächen aufweisende Druckplatten
im Sinne einer Längung des Schraubenbolzens spannbar sind.
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Es liegt im Rahmen der vorbezeichneten Lösung die Gleitstücke unter
gleichzeitiger Anpassung der Druckplatten mit doppelten Keilflächen auszubilden,
um bei gleichem Spannweg der Gleitstücke eine größere Längung des Schraubenbolzens
zu erzielen. In Sonderfällen mit extrem langen Schraubenbolzen empfiehlt sich für
ein Schichten der Vorrichtung der Einsatz einer dritten Druckplatte, die beidseitig
mit doppelten Keilflächen versehen ist und mit einem weiteren Gleitstückpaar zusammenwirkt.
Eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Lösung kann beispielsweise auch darin bestehen,
daß nur ein Gleitstück verwendet wird, wobei mindestens eine der Druckplatten eine
Keilfläche aufweist die sich über die gesamte Breite der Druckplatte erstreckt.
Dabei besitzt das Gleitstück ein unter Beachtung von Bolzendurchmesser und Spannweg
dimensioniertes Langloch. Die Schrauben zum Verschieben des Gleitstückes greifern
an einem Teil anS das mit einer der Druckplatten einstükkig ausgebildet oder den
beiden Druckplatten separat vorgeschaltet ist.
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In jeder der vorbeschriebenen Ausbildungen wird die erzeugte Vorspannkraft
in den Schraubenbolzen geleitet, ohne auf diesen Bolzen oder eines der zu verbindenden
Teile eine Querkraftkomponente wirken zu lassen. Falls eine solche Komponente als
unbeachtlich angesehen wird und die Oberfläche eines der Bauteile, insbesondere
hinsichtlich der Rauhtiefe, ein ungehindertes Verschieben der Gleitstücke ermöglicht,
kann auf eine Druckplatte verzichtet werden, so daß die Gleitstüeke beispielsweise
gegen eines der zu verbindenden Bauteile direkt abgestützt sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vorteilhaft durch einen
einfachen, nur wenige und entsprechend der gewählten Gestaltung gleichartige Teile
umfassenden Aufbau aus, der eine kostengünstige Fertigung erlaubt, wobei von gezogenem
Profilmaterial ausgegangen werden kann. Dabei ist die Vorrichtung im Betrieb unempfindlich
gegenüber einer rauhen Behandlung und vor allem wegen ihrer rein mechanischen Wirkungsweise
gegenüber Temperatureinflüssen. Da die Höhe der aufgebrachten Vorspannkraft für
den Schraubenbolzen weitestgehend direkt proportional dem Anzugsmoment der die Gleitstücke
verspannenden Schrauben ist, können - im Rahmen des möglichen Schiebeweges der Gleitstücke
- mit derselbe Vorrichtung den Längen und Werkstoffen unterschiedlieher Schraubenbolzen
entsprechende Vorspannkrafte erzeugt werden.
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Um die Gleitstücke bei der Montage in besonders einfacher Weise im
gleichen Abstand zur Längsachse des Schraubenbolzens anordnen zu können, ist es
nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Gleitstücke im ungespannten
Zustand jeweils über ihre vom Schraubenbolzen entfernte, äußere Stirnfläche bzw.
einen daran anschließenden Anschlag gegen einen an einer der Druckplatten vorgesehenen
Steg anliegens Für ein leichteres Lösen der Vorrichtung, insbesondere, wenn deren
Keilwinkel eine im Bereich der Selbsthemmung liegende Neigung aufweist, ist es in
Weiterbildung der Erfindung gegeben, daß eines der Gleitstucke Gewindebohrungen
zur Aufnahme von Abdrückschrauben aufweist, denen am anderen Gleitstück bohrungstreie
Stellen gegenüberliegen.
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Im Ilinblick auf eine Führung der Gleitstücke, die einem ungleichmäßigen
Anzug der Schrauben entgegenwirkty sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
vor, daß die Gleitstüeke koaxial angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von Führungsstiften
enthalten. Dabei ist es fertigungsmäßig vorteilhaft, die vorgenannten Bohrungen
in
einem der Gleitstücke in die Gewindebohrungen zur Aufnahme der
Abdrückschrauben übergehen zu lassen Beim Abdrücken genügt weiter vorteilhaft ein
geringeres Eindrehen der Abdrückschraubens da diese sich gegen den Führungsstift
abstützt.
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Für den gleichen Zweck wie vorbezeichnet, bestehen alternative Lösungen
gemäß weiterer Gedanken der Erfindung darin, daß eine der Druckplatten in ihrem
mittleren Bereich eine in Schieberichtung der Gleitstücke verlaufende Nut besitzt,
in die ein jeweils an den Gleitstücken gebildeter Ansatz eingreift oder parallel
zur Schieberichtung der Gleitstücke angeordnete und mit deren entsprechenden Außenflächen
zusammenwirkende Leisten aufweist, Im Sinne einer Kraftübersetzung innerhalb der
Vorrichtung liegt eine letzte Ausbildung der Erfindung darin, daß die Gleitstücke
über ihre äußeren, schräg ausgebildeten Stirnflächen gegen korrespondierende Spannkeile
anliegen, die andererseits jeweils gegen einen Kragen an einer der Druckplatten
gleitend abgestützt und mittels der in Längsrichtung des Schraubenbolzens angeordneten
Schrauben verschiebbar sind. Außerdem erlaubt diese Anordnung den Einsatz der Vorrichtung
auch dann, wenn die Montagestelle von den Seiten her nicht zugänglich sein sollte.
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Die Erfindung ist an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen
Fig. I eine Vorrichtung im Schnitt, dabei
Schnittverlauf nach der Linie I - I in Fig. 2, Fig. 2 die Draufsicht zu Fig. 1,
ohne Schraubenbolzen, Fig. 3 jeweils andere Ausfuhrungen der Vorrichtung Figg 5
im Schnitt, wobei der Schnittverlauf der Fig, 5 Fig. 6 Linie I - I in Fig. 2 entspricht,
Fig. 7 eine Austildung, der die Vorrichtung nach den Fig. i und 2 zugrunde liegt,
im Schnitt, Fig. 8 eine Alternative zu der Vorrichtung nach Fig. 7, im Schnitt,
Fig. 9 eine Ausbildung, der die Vorrichtung nach Fig. 3 zugrunde liegt, im Schnitt,
Fig. iO eine Führungsmöglichkeit an den grundrißlich dargestellten Gleitstücken
i, beispielsweise bei den Vorrichtungen nach Fig. 1 und 3, Fig. ii Fig. 12 zwei
weitere Führungsmöglichkeiten, beispielsweise für die Vorrichtung nach Fig 1 und
2, in Richtung des Pfeiles Z der Fig. 2 gesehen, Fig. 13 Fig. i4 zwei weitere Vorrichtungen,
im Schnitt, Fig. 15 einen Ergänzungsschnitt zu Fig. 7, der in Zeichnungsebene gesehen
hinter dem Schraubenbolzen 4 geführt ist.
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In der Zeichnung sînd gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung nach den Fig. i und 2 enthält eine auf einem der zu verbindenden
Bauteil 8 liegende, rechteckförmige Druckplatte 3 mit ebenen Gleitflächen 3f. Auf
dieser Druckplatte sind zwei beidseitig eingesetzte Gleitstücke i angeordnet, die
jeweils über eine Keilfläche la mit einer weiteren, entsprechende Keilflächen 3a
aufweisenden Druckplatte 3
zusammenwirken, die dem Kopf des Schraubenbolzens
4 zugewandt ist. Die beiden Gleitstücke 1 sind durch Schrauben 2, die das, in Zeichnungsebene
gesehen, linke Gleitstück 1 in Durchgangsbohrungen durchdringen und in Gewindebohrungen
des anderen Gleitstückes eingreifen, gegen die Druckplatten 3 im Sinne einer Längung
des Schraubenbolzens 4 spannbar. Dabei bestimmt sich aus dem Alizugsmoment der Schrauben
2 die Ilöhe der Vorspannkraft für den Schraubenbolzen 4.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der nach den Fig.
1 und 2 dadurch, daß auch die auf dem Bauteil 8 liegende Druckplatte 3 mit Keilflächen
3a und entsprechend die Gleitstücke 1 jeweils mit einer weiteren Keilfläche la ausgebildet
sind. Durch diese Maßnahme ist bei gleichem Spannweg der Gleitstücke i eine größere
Längung des Schraubenbolzens 4 erzielbar. Ebenfalls für diesen Zweck besteht die
Vorrichtung nach Fig. 4 aus vier, jeweils paarweise angeordneten Gleitstücken 1
und drei Druckplatten 3, von denen die beiden äußeren wie vorbeschrieben gestaltet
sind und die mittlere Druckplatte 3 auf jeder Seite ein Keilflächenpaar hat.
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Die beiden Druckplatten 3 der Vorrichtung gemäß Fig. 5 besitzen jeweils
nur eine Keilfläche 3a und wirken mit einem, unter Beachtung des Schraubenbolzendurchmessers
und des Spannweges ausgebildeten, in der Draufsicht U-förmigen Gleitstück 1 zusammen.
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Die Schrauben 2 zum Verspannen des Gleitstückes 1 greifen an einem
Teil 9 der unteren Druckplatte 3 an. Bei der Vorrichtung nach Fig. 6 wirken die
beiden, in der Draufsicht ebenfalls U-förmigen Gleitstücke 1 unmittelbar zusammen,
wobei das untere Gleitstück 1 direkt auf dem Bauteil 8 und das obere Gleitstück
i gegen die ebenen Flächen 3f der Druckplatte 3 abgestützt sind, welche gegen den
Kopf des Schraubenbolzens 4 anliegt.
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Wie aus den Figo 7 und 8 ersichtlich, ist die auf dem Bauteil 8 angeordnete
Druckplatte 3 mit beidseitigen Stegen 3b versehen, gegen die die Gleitstücke 1 im
ungespannten Zustand über ihre vom Schraubenbolzen 4 entternte, äußere Stirnfläche
ib (Fig. 7) bzw. einen an diese Stirnfläche anschließenden Anschlag ig (Fig. 8)
anliegen. Durch die Stege 3b, die - siehe Fig. 9 -auch an beiden Druckplatten 3
vorgesehen sein können, ist es hei der Montage ohne einen Meßvorgang möglich, die
Gleitstücke t im gleichen Abstand zur Längsachse des Schraubenbolzens 4 anzuordnen.
Außerdem ist durch die Stege 3b in Verbindung mit den in Fig. 15 dargestellten Gewindebohrungen
1c in einem der Gleitstücke 1 ein Lösen der Vorrichtung vor allem dann erleichtert,
wenn ihre Keilwinkel eine im Bereich der Selbsthemmung liegende Neigung aufweisen.
Für das Lösen werden nach einem Zurückdrehen der Schrauben 2 in die Gewindebohrungen
1c der Gleitstücke 1 Abdrückschrauben 5 (diese können auch die Schrauben 2 sein)
eingesetzt und gegen das andere Gleitstück 1 bewegt. Dabei gelangt zunächst eines
der Gleitstücke 1 über seine Stirnfläche ib an einem Steg 3b zur Anlage, so daß
im weiten ein Lösen auch des anderen Gleitstückes 1 erfolgt.
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Die in den Fig. 10 - 12 dargestellten Maßnahmen zum Führen der Gleitstücke
1 bestehen nach Fig. 10 darin, daß die Gleitstücke 1 mit gegenüberliegenden Bohrungen
1d zur Aufnahme von Führungsstiften 6 versehen sind. Die Bohrungen ld gehen im linken
Gleitstück i in die Gewindebohrungen 1c zum Abdrücken über. Die in Fig. li gezeigte
Alternative sieht an der unteren Druckplatte 3 Leisten 3d vor, die mit den entsprechenden
Außenflächen If der Gleitstücke i zusammenwirken. Nach Fig. 12 enthalten die Druckplatten
3 in ihrem mittleren Bereich jeweils eine Nut 3c, in die ein jeweiliger Ansatz ie
der Gleitstücke i eingreift.
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Bei den für eine zusätzliche Kraftübersetzung und eine Montage von
oben her ausgelegten Vorrichtungen nach den Fig. 13 und 14 weisen die Gleitstücke
i schräg ausgebildete Stirnflächen lb auf, gegen die korrespondierende Spannkeile
7 anliegen. Die Spannkeile 7 sind jeweils gegen einen Kragen 3e an der unteren Druckplatte
3 gleitend abgestützt und mittels der in Längsrichtung des Schraubenbolzens 4 angeordneten
Schrauben 2 verschiebbar. Dabei betätigen sie die Gleitstücke 1, die, wie aus Fig.
13 hervorgeht, mit den ebenen Gleitflächen 3f der unteren und den Keilflächen 3a
der oberen Druckplatte 3 in Wirkverbindung stehen oder - siehe Fig. 14 - direkt
über ihre Keilflächen la und jeweils gegen die ebenen Gleitflächen 3f der Druckplatten
3 verspannt werden.
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L e e r s e i t e