DE2804313C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum hydrauli­ schen Vorspannen von Bolzen oder dgl., mit einem Aufnahme­ körper, zu dessen einer Stirnfläche sich ein Bolzen senk­ recht erstreckt und mit einer hydraulisch beaufschlagbaren, über die Stirnfläche vortretenden, ringförmigen Kolbenan­ ordnung, deren innere Mantelfläche den Bolzen mit Abstand umgibt, wobei der ringförmige Arbeitsraum der Kolbenanord­ nung von einem elastischen Schlauch umschlossen ist.

Bei einer derartigen bekannten Spannvorrichtung (GB-PS 9 91 783, US-PS 37 72 759) weist die Kolbenanordnung einen kreisförmigen Ringkolben auf, der in einer entsprechenden ringförmigen Aussparung des Aufnahmekörpers angeordnet ist. Dementsprechend ist auch der Aufnahmekörper zylindrisch. Hauptnachteil derartiger hydraulischer Spannvorrichtungen mit kreisringförmigen Kolben ist es, daß diese Spannvor­ richtungen in jeder Richtung quer zur Bolzenachse die gleichen Abmessungen aufweisen. Wenn also der zur Verfügung stehende Platz zur Aufnahme der Spannvorrichtung in einer Richtung sehr eng ist, werden die Ringkolben entsprechend klein im Außendurchmesser. Um die nötige Spannkraft zu er­ zielen, muß der hydraulische Druck relativ hoch sein. Je höher jedoch der hydraulische Druck ist, desto größer ist auch die Gefahr, daß das Hydrauliksystem undicht wird. Aus diesem Grund sind die hydraulischen Spannvorrichtungen mit kreisringförmigen Kolben zum Vorspannen von dicht be­ nachbart angeordneten Bolzen weniger geeignet.

Um das Problem des hydraulischen Vorspannens dicht benach­ bart angeordneter Bolzen zu lösen, wurde bereits eine Spannvorrichtung vorgeschlagen (GB-PS 13 90 012), bei der ein Paar von Kreiskolben zu beiden Seiten des vorzuspan­ nenden Bolzens in einem brückenartig ausgebildeten Aufnahme­ körper angeordnet ist. Durch diese Anordnung können zwar die Abmessungen der Spanneinrichtung, insbesondere des Aufnahme­ körpers, senkrecht zu einer durch die beiden Kolbenachsen hindurchgehenden Längsebene verringert werden, jedoch weist die Spannvorrichtung in Richtung dieser Längsebene verhält­ nismäßig große Abmessungen auf. Außerdem befindet sich der jeweils mit der Achse des jeweiligen Kolbens zusammenfallende Flächenschwerpunkt jedes der beiden Kolben in einem größeren Abstand von der Bolzenachse und es wirken demzufolge die von den Kolben ausgehenden Reaktionskräfte in einem verhältnis­ mäßig großen Abstand von der Bolzenachse. Der brückenartig ausgebildete Aufnahmekörper muß deshalb in Richtung der Bol­ zenachse eine verhältnismäßig große Höhe aufweisen, so daß er die verhältnismäßig hohen Biegekräfte aufnehmen kann.

Weiterhin ist es bekannt, einen Kolben mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken bzw. oval auszubilden und in einem entsprechenden Zylinderraum anzu­ ordnen (DE-OS 24 31 706), um eine Verdrehung des Kolbens gegenüber dem Zylinderraum zu verhindern. Bei dieser bekann­ ten Kolbenanordnung ist die Kolbenstange direkt mit dem Kol­ ben verbunden, so daß der Kolben, im Gegensatz zu einem Ring­ kolben, als "Vollkolben" zu bezeichnen ist. Derartige Voll­ kolben sind jedoch für Spanneinrichtungen der gattungsgemäßen Art nicht geeignet.

Schließlich ist auch noch ein pneumatisch betätigbares Ventil mit einer scheibenartigen, hohlen, aufblasbaren Membrane be­ kannt (US-PS 35 56 465). Um den Hohlraum der Membrane zu for­ men und um die Membrane in vorbestimmter Lage gegenüber einer, durch Aufblasen der Membrane zu verschließenden Rohröffnung zu halten, ist in der Membrane ein scheibenartiger Stützkör­ per vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvor­ richtung zum hydraulischen Vorspannen von Bolzen oder dgl., der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die in einer Rich­ tung quer zur Bolzenachse kleiner baut als die bekannte Spannvorrichtung, bei der der Aufnahmekörper auch in Rich­ tung der Bolzenachse kleine Bauabmessungen aufweist und bei der der elastischen Schlauch einfach herstellbar ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die äußere Mantelfläche der Kolbenanordnung in einer Ebene quer zur Bolzenachse oval ausgebildet ist und daß der Schlauch einen Stützkörper enthält.

Durch die ovale Ausgestaltung der äußeren Mantelfläche der Kolbenanordnung wird erreicht, daß die Spannvorrichtung in einer Richtung quer zur Bolzenachse kleine Abmessungen auf­ weist, so daß die Spannvorrichtung bei beengten Platzver­ hältnissen, insbesondere bei nicht benachbart angeordneten, vorzuspannenden Bolzen, verwendbar ist. Die Spannvorrichtung kann entweder einen einzigen ovalen Ringkolben aufweisen, oder die Kolbenanordnung kann auch durch zwei getrennte, nierenförmige Kolbenabschnitte gebildet sein. Auch in dem letztgenannten Fall weist die erfindungsgemäße Spannvor­ richtung gegenüber herkömmlichen Spannvorrichtungen mit zwei Kolben den Vorteil auf, daß sie in Richtung der Bolzenachse klein baut. Bei nierenförmig ausgebildeten Kolbenabschnit­ ten ist nämlich der Abstand der Flächenschwerpunkte von der Kolbenachse kleiner als bei kreisförmigen Kolben. Durch den geringen Abstand der Flächenschwerpunkte von der Kolben­ achse ist die Biegebeanspruchung des Aufnahmekörpers klei­ ner und infolgedessen kann auch seine Höhe in Richtung der Bolzenachse kleiner sein. Der im Schlauch angeordnete Stützkörper vereinfacht nicht nur die Herstellung des Schlau­ ches selbst, sondern durch den Stützkörper wird auch toter Raum im Schlauch vermieden. Hierdurch muß der Schlauch nicht erst mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden, bevor die Kolbenanordnung zu wirken beginnt, sondern der Schlauch dehnt sich sofort aus, sobald Hydraulikflüssigkeit in ihn gepumpt wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Schlauches für die Kolbenanordnung. Die­ ses Verfahren besteht darin, daß eine Schicht aus Gummi oder ähnlichem, elastischem, verformbaren, nicht zusammen­ drückbaren Werkstoff um einen Stützkörper herum durch einen Formvorgang gebildet wird und daß der Stützkörper in dem fertigen Schlauch belassen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist im folgendem, anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbei­ spieles,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen ähnlichen Querschnitt eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispieles,

Fig. 4a eine Draufsicht auf den Stützkörper,

Fig. 4b eine Seitenansicht des Stützkörpers,

Fig. 5a und 5c die beiden Stirnansichten eines Haltestiftes für den Stützkörper,

Fig. 5b die Seitenansicht dieses Haltestiftes,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Form zur Herstellung des Schlauches,

Fig. 7 einen Querschnitt der Form nach der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht der Form in Richtung VIII der Fig. 6,

Fig. 9 die Draufsicht auf ein kolbenartiges Formteil,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 9.

Gemäß Fig. 1 und 2 erstreckt sich ein Bolzen 10 durch einen Flansch 12. Auf das freie Ende diese Bolzens 10 ist eine nicht dargestellte Mutter aufgeschraubt. Zwischen dieser Mutter und dem Flansch 12 ist die erfindungsgemäße Spann­ vorrichtung 14 angeordnet. Diese weist einen als Unterlag­ scheibe ausgebildeten Aufnahmekörper 18 auf. Der Bolzen 10 erstreckt sich senkrecht zu der unteren Stirnfläche 20 die­ ses Aufnahmekörpers. Der Aufnahmekörper 18 ist mit einer zentralen Bohrung 16 versehen, durch die sich der Bolzen 10 hindurch erstreckt. Der Aufnahmekörper 18 enthält eine über die Stirnfläche 20 vorstehende, ringförmige Kolbenanordnung 22, 24, 28. Die innere Mantelfläche 36 der Kolbenanordnung umgibt den Bolzen 10 mit Abstand. Die äußere Mantelfläche 38 der Kolbenanordnung ist in einer Ebene quer zur Bolzenachse A oval ausgebildet. Die Kolbenanordnung weist einen ringförmi­ gen Kolben 22 auf. Der ringförmige Arbeitsraum der Kolben­ anordnung ist von einem elastischen Schlauch 24 umschlossen. Die Wandung 26 des Schlauches 24 besteht als Nitrilgummi oder einem ähnlichen, elastischen, verformbaren, nicht zu­ sammendrückbaren Werkstoff. Innerhalb des Schlauches 24 ist ein Stützkörper 28 angeordnet. Der Stützkörper 28 besteht aus Metall, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminium­ legierung. Der Aufnahmekörper 18 weist ferner eine Bohrung 30 zur Aufnahme eines Anschlußstutzens 32 auf, über den hydrau­ lisches Strömungsmittel dem Innern des Schlauches unter Druck zugeführt werden kann.

Um eine Verteilung des hydraulischen Strömungsmittels inner­ halb des Schlauches 24 zu erleichtern, sind in der Ober­ fläche des Stützkörpers 28 zweckmäßig Verteilungskanäle 34 vorgesehen. Diese Verteilungskanäle 34 sind bei der Formung des Schlauches 24 mit einem lösbaren Material, wie z. B. Salz, gefüllt. Nach der Formung wird in den Schlauch Wasser einge­ leitet, um das Salz aufzulösen und die Lösung wird anschlie­ ßend aus dem Schlauch entfernt.

Die Form des Kolbens 22 ist aus den Fig. 1 und 2 ersicht­ lich. Sie entspricht im horizontalen Querschnitt in etwa dem Schlauch 24. Der Kolben 22 hat eine zylindrische innere Man­ telfläche 36, mit einem Radius, der etwas größer ist als der der Bohrung 16, sowie eine ovale äußere Mantelfläche 38. Die äußere Mantelfläche 38 ist so bemessen, daß der Kolben eine maximale Querabmessung w in Richtung der Querebene 40 auf­ weist, die kleiner ist als die maximale Längsabmessung x in einer senkrecht zur Querebene 40 verlaufenden Längsebene 41. Die Querabmessung W ist kleiner als der Außendurchmesser eines kreisringförmigen Kolbens, der die gleich große Kolben­ fläche hätte wie der ovale Kolben 22. Ferner ist die Längsab­ messung X kleiner als der Außenabstand zweier beidseitig der Kolbenachse angeordneter kreisförmiger Kolben, die insgesamt die gleiche große Kolbenfläche hätten wie der ovale Kolben 22. Die Kolbenabschnitte des Kolbens 22 sind symmetrisch zur Querebene 40 des Aufnahmekörpers 18 angeordnet.

Zum hydraulischen Vorspannen wird über eine nicht dargestell­ te Verbindungsleitung mehreren gleichartigen Spannvorrichtun­ gen 14 hydraulisches Strömungsmittel zugeführt. Hierdurch dehnt sich der elastische Schlauch 24 aus und der Kolben 22 tritt über die Stirnfläche 20 vor. Durch die Abstützung des Kolbens 22 an dem Flansch 12 wird eine Aufwärtskraft erzeugt, welche gegen die Mutter drückt und hierdurch eine Vorspan­ nung im Bolzen 10 verursacht. Mit steigendem Strömungsmittel­ druck steigt die Vorspannung bis beispielsweise 2100 kp/cm² an, wobei sich der Schlauch 24 so weit ausdehnt, daß seine Wandung 26 die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Form 26′ einnimmt. Der Aufnahmekörper 18 ver­ schiebt sich hierbei in die gestrichelt gezeichnete Stel­ lung 18′. Die Stirnfläche 20 wird dabei von der Ebene y-y zur Ebene x-x angehoben. In dem zwischen dem Flansch 12 und der angehobenen Stirnfläche 20 entstehenden Spalt kön­ nen geteilte Beilagbleche eingesetzt werden, worauf der Strömungsmitteldruck aufgehoben werden kann. Die Beilag­ bleche sind vorzugsweise entlang einer Ebene geteilt, die der Querebene 40 entspricht. Die Beilagbleche haben einen Umriß, der durch die Punkte a-g bestimmt wird.

Die in Fig. 3 dargestellte, zweite Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Spannvorrichtung entspricht im wesentlichen dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem Unter­ schied, daß die Kolbenanordnung durch zwei getrennte, nieren­ förmige Kolbenabschnitte gebildet ist. Jeder dieser symme­ trisch zu der Querebene des Aufnahmekörpers 52 angeordneten nierenförmigen Kolbenabschnitte hat die gleiche Form wie die elastischen Schläuche 50, welche in Fig. 3 gezeigt sind. Der Aufnahmekörper 52 ist wiederum als Unterlegscheibe aus­ gebildet und weist eine zentrale Bohrung 54 für einen Bolzen auf. Über Zuführbohrungen 56 kann den Schläuchen 50 hydrau­ lisches Strömungsmittel zugeführt werden, wobei eine nicht dargestellte Verbindungsleitung verwendet wird, um in beiden Schläuchen den gleichen Druck zu erzeugen. Die Arbeitsweise dieser Spannvorrichtung entspricht der in Fig. 1 und 2 dar­ gestellten Ausführungsform. Die in Fig. 3 dargestellte Aus­ führungsform mit zwei nierenförmigen Kolbenabschnitten hat gegenüber der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform den Vorteil, daß sie in Richtung der Querebene noch schmaler gestaltet werden kann. Darüber hinaus sind zwischen den bei­ den Kolbenabschnitten keine dünnen Verbindungsabschnitte erforderlich, die bei extremem Drücken einer ungewollten Biegung ausgesetzt sein können.

Das Verfahren zur Herstellung eines Schlauches wird nach­ stehend anhand der Fig. 4-11 beschrieben.

Ein Stützkörper 101 aus Aluminium mit einer Dicke von ca. 9,5 mm wird an drei Stellen mit Innengewinden 102 versehen, wie es in Fig. 4a und 4b dargestellt ist. In diese Innen­ gewinde werden Haltestifte 103 mit ihren Außengewinden 104 eingeschraubt, welche an ihren anderen Enden mit einem Innengewinde 105 versehen sind. Die Haltestifte 103 haben eine ausreichende Länge, damit die Wandung des Schlauches bei der Formgebung in der Form 106 die gewünschte Dicke erhält.

Die in den Fig. 6-8 dargestellte Form 106 hat eine Vertiefung 120, welche an ihrem Boden drei Bohrungen 107 zur Bildung von Ansätzen aufweist. Jede Ansatz-Bohrung 107 hat einen im Durchmesser kleineren Abschnitt 111 zur Auf­ nahme und Abstützung des Haltestiftes 103. Durch eine Boh­ rung 108 mit einem noch kleineren Durchmesser kann der Schaft einer nicht dargestellten Halteschraube hindurchtre­ ten, die in das Innengewinde 105 des Haltestiftes 103 ein­ geschraubt wird und deren Kopf in den Bohrungsabschnitt 109 eingreift.

Zwei Scheiben von ungehärtetem Nitrilgummi mit einer Shore­ härte von 60 und einer Dicke von etwa 4,8 mm werden in eine Form geschnitten, die etwas größer ist als die Vertiefung 120 und dann entfettet. Eine dieser Scheiben wird auf den Boden der Vertiefung 120 gelegt, die ebenfalls entfettet wurde.

Der Stützkörper 101 mit den daran befestigten Haltestiften 103 wird in die Form 106 gebracht, wobei die Haltestifte die Nitrilgummi-Scheibe 106 durchdringen und in die Ansatz­ bohrungen 107 eingeschoben werden. Mittels der Halteschrau­ ben, die von unten her in die Haltestifte 103 eingreifen, wird nun der Stützkörper 101 in der Form 106 befestigt. Die Haltestifte 103 halten den Stützkörper 101 sehr fest in der Form 106 und sorgen damit dafür, daß die Wanddicke des fertig ausgehärteten Schlauches gleichmäßig dick ist.

Ein Streifen von ungehärtetem Nitrilgummi mit einer Breite von beispielsweise etwa 9,5 mm und der richtigen Länge wird entfettet und in die Form 106 zwischen die Seitenwände der Vertiefung 120 und dem Stützkörper 101 auf die bereits ein­ gebrachte Gummischeibe gelegt.

Eine zweite Scheibe aus Nitrilgummi, die auf die gewünschte Größe zugeschnitten wurde, wird oben auf den Stützkörper ge­ legt und methodisch zu den Seitenwänden hin geknetet, um Luft zu verdrängen, die in der ungehärteten Zusammenstel­ lung enthalten sein könnte.

Ein kolbenartiges Formteil, wie es in den Fig. 9-11 dar­ gestellt ist, welches an seiner Unterseite eine Ausnehmung 114 aufweist, wird oben auf die Zusammenstellung gesetzt und eine dicke flache Platte wird über die gesamte Anordnung ge­ bracht, um eine gleichmäßige Hitzeverteilung zu erzielen und um irgendwelche Unebenheiten der Platte der hydrauli­ schen Presse, die für den Härtevorgang verwendet wird, aus­ zugleichen.

Nach der Aushärtung wird der Schlauch aus der Form genommen und man läßt ihn abkühlen. Sobald das Abkühlen stattgefunden hat, kann ein Haltestift 103 entfernt werden und der Schlauch unter Verwendung von Werkstatt-Preßluft mit einem Druck von 7 kp/cm² geprüft werden. Da der Schlauch bei dieser Prüfung nicht ummantelt ist, wird er einer viel größeren Belastung ausgesetzt, als dies in der Praxis der Fall wäre. Durch Ein­ tauchen des aufgepumpten Schlauches in Wasser kann man fest­ stellen, ob irgendwelche Leckstellen vorhanden sind. Der Druck wird nun aufgehoben und die beiden restlichen Halte­ stifte können entfernt werden. Mit Hilfe einer Röntgen­ untersuchung kann überprüft werden, ob der Schlauch eine konstante Wanddicke aufweist.

Zu beachten ist, daß der Stützkörper während der Verwendung des Schlauches in ihm verbleibt. Bei seiner Verwendung wer­ den die Bohrungen der beiden nicht benutzten Ansätze durch eiserne Paßstücke verschlossen, die mit Preßsitz oder unter Verwendung von Araldit in die Ansätze eingesetzt werden.

Die Haltestifte 103 haben über den Vorteil der Lagesicherung des Stützkörpers während des Aushärtevorganges hinaus den Vorteil, daß nach ihrem Herausschrauben aus dem Stützkörper dieser offene Gewindebohrungen 102 aufweist, die eine Seite des Stützkörpers mit der anderen verbinden. Diese Bohrungen stellen sicher, daß während des Spannvorganges das Strömungs­ mittel rasch von der einen Seite des Schlauches zur anderen gelangen kann, wodurch ein gleichmäßiges Aufpumpen des Schlauches gewährleistet ist. In ähnlicher Weise wird durch die Bohrungen 102 sichergestellt, daß bei Aufhebung des Druckes auf das Strömungsmittel dieses rasch und gleich­ mäßig in einen Hydraulikbehälter zurückströmen kann, so daß die Spannvorrichtung rasch und gleichmäßig in ihre Ausgangs­ stellung zurückkehrt. Während die vorliegende Erfindung oben anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, bei denen die Aufnahmekörper eine Durchgangsbohrung aufweisen, sind auch andere Ausführungsformen möglich. So könnte der Aufnah­ mekörper ein Bolzenkopf sein, der mit dem Bolzen verbunden ist, oder auch eine Mutter mit einer Gewindebohrung, die koaxial zur Bolzenachse angeordnet ist. Die ringförmige Kolbenanordnung tritt dann in ähnlicher Weise über die Stirnfläche des Aufnahmekörpers vor, wie es oben beschrie­ ben ist.

Claims (11)

1. Spannvorrichtung zum hydraulischen Vorspannen von Bolzen oder dgl., mit einem Aufnahmekörper, zu dessen einer Stirnfläche sich ein Bolzen senkrecht erstreckt und mit einer hydraulisch beaufschlagbaren, über die Stirnfläche vortretenden, ringförmigen Kolbenanordnung, deren innere Mantelfläche den Bolzen mit Abstand umgibt, wobei der ringförmige Arbeitsraum der Kolbenanordnung von einem elastischen Schlauch umschlossen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußere Mantelfläche (38) der Kolben­ anordnung (22, 24, 28; 50, 101) in einer Ebene quer zur Bolzenachse (A) oval ausgebildet ist und daß der Schlauch einen Stützkörpers (28; 101) enthält.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (50) durch zwei getrennte, nieren­ förmige Kolbenabschnitte gebildet ist.

3. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kolbenabschnitte symmetrisch zu der Querebene (40) des Aufnahmekörpers (18, 52) ange­ ordnet sind.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zuführen von hydraulischem Strömungsmittel eine oder zwei Zuführ­ bohrung(en) (30, 56) aufweist, die sich durch den Auf­ nahmekörper (18, 52) in den elastischen Schlauch (26, 50) in einer Kammer oder in Kammern hinter dem Kolben (22) oder den Kolbenabschnitten erstreckt.

5. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Verteilungskanäle (34) in der Ober­ fläche des Stützkörpers (28) vorgesehen sind.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (28, 101) aus Metall besteht.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper ein Bolzenkopf ist, der mit dem Bolzen (10) verbunden ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper eine Unterlegscheibe (18, 52) mit einer zylindrischen Bohrung (16, 54) ist, welche koaxial zur Bolzenachse (A) angeordnet ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper eine Mutter mit einer Schraubenge­ windebohrung ist, die koaxial zur Bolzenachse (A) ange­ ordnet ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Schlauches für die Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wandung aus Gummi oder ähnlichem elastischen, verformbaren, nicht zusammendrück­ baren Werkstoff um einen Stützkörper herum durch einen Formvorgang gebildet wird und daß der Stützkörper in dem fertigen Schlauch belassen wird.