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Bezeichnung: Hydraulisches Vorspanngerät für eine Schrauben-
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verbindung Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Vorspanngerät
für eine Schraubenverbindung, insbesondere eine hydraulische Schraube, Hydraulikmutter
oder hydraulische Schraubenspannvorrichtung, mit einem Gehäuse,-in dem eine axiale
Zylinderbohrung vorgesehen ist, mit einem Ringspannkolben, der abgedichtet und zwischen
einer Ausgangsstellung und einer Spannposition axial verschiebbar in der Zylinderbohrung
geführt ist, und mit einem durch den Ringspannkolben und das Gehäuse begrenzten
Druckmittelraum, der über einen im Gehäuse ausgebildeten Kanal mit einem an der
Außenseite des Gehäuses befindlichen Anschluß für ein externes Hydraulikaggregat
verbunden ist.
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Derartige hydraulische Vorspanngeräte ermöglichen das Anziehen einer
Schraubenverbindung durch Längen einer Schraube und somit praktisch ohne Torsion
und Reibungskräfte der Schraube. Das hydraulische Vorspanngerät der eingangs genannten
Art ist beispielsweise aus dem Fortschritt-Bericht der VDI-Zeitschriften "Die Verbindung
von Schrauben mit großen Gewindedurchmessern", Autor Dr. F. Krass, bekannt.
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Bei den an ein externes Hydraulikaggregat anzuschließenden hydraulischen
Vorspanngeräten der eingangs genannten Art muß dafür gesorgt werden, daß der Ringspannkolben
nicht über die vollständige Spannposition hinaus axial verschoben wird. Dies kann
dadurch auftreten, daß der Ringspannkolben vor Beginn eines Spannvorgangs nicht
in die Ausgangsstellung zurückgedrückt wurde und ein bereits teilweise oder auch
vollständig ausgefahrener Ringspannkolben hydraulisch
bei Arbeitsdruck
beaufschlagt wird. In diesem Fall wird der Ringspannkolben zumindest teilweise aus
dem Gehäuse des Vorspanngerätes herausgedrückt. Dadurch können die Dichtungen beschädigt
werden, mechanische Abdeckungen auf der Spannseite des Vorspanngerätes werden1 soweit
vorhanden, weggedrückt und der Druckmittelraum muß nach erfolgtem Wiedereinsetzen
des Ringspannkolbens normalerweise entlüftet werden. Eine weitergehende Beschädigung
des Vorspanngerätes ist insgesamt nicht auszuschließen.
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Ähnliche Probleme treten auf, wenn eine Schraubenverbindung während
des Anziehens reißt und der Ringspannkolben beaufschlagt von dem durch das externe
Hydraulikaggregat bereitgestellten Druck aus der Zylinderbohrung herausgedrückt
wird.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der
bekannten hydraulischen Vorspanngeräte der eingangs genannten Art zu vermeiden und
diese Vorspanngeräte dahingehend weiter zu entwickeln, daß ein versehentlich zu
weites Herausfahren des Kolbens über die vollständige Spannposition hinaus nicht
auftreten kann, so daß eine Beschädigung des Vorspanngerätes auch bei Fehlbedienung,
Bruch einer Schraubenverbindung oder dergl. auszuschließen ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abblaskanal gelöst, dessen eines Ende
sich an der Außenseite des Gehäuses befindet und dessen anderes Ende im Druckmittelraum
oder im Kanal mündet, und der eine von der Position des Ringspannkolbens abhängige
Absperrung aufweist, die den Abblaskanal lediglich bei in vollständig ausgefahrenem
Spannzustand befindlichen Ringspannkolben freigibt.
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Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, die den Hub des Ringspannkolbens
bei nach außen gerichteter Bewegung mechanisch begrenzen arbeitet die erfindunggemäße
Kolbensicherung hydraulisch. Sobald der Ringspannkolben bei seiner Ausfahrbewegung
eine
bestimmte Extremposition, die hier vollständige Spannstellung genannt wird, erreicht
hat, ist der Abblaskanaloffen, so daß sich der Druck im Druckmittelraum abbaut.
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Eine weitere Bewegung des Hydraulikkolbens ist dann nicht mehr möglich.
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Die erfindungsgemäße und hydraulisch arbeitende Sicherung des Ringspannkolbens
gegen zu weites Ausfahren läßt sich äußerst einfach aufbauen und sichert den Ringspannkolben
auch bei krasser Fehlbedienung, beispielsweise bei Anschluß eines nicht auf eine
Schraubenverbindung aufgesetzten Vorspanngerätes.
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Sehr vorteilhaft ist ihre Kombination mit einer Einrichtung zur Rückstellung
des Ringspannkolbens in die Ausgangsstellung, wenn der Druck im Druckmittelraum
auf den Normaldruck abfällt.
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Derartige Rückstelleinrichtungen sind in der Anmeldung derselben Anmelderin
vom gleichen Tage beschrieben, diese Anmeldung gehört vollinhaltlich zum Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung. Die vorzugsweise automatisch arbeitende Kolbenrückstellung
gewährleistet es, daß der Ringspannkolben auch nach Erreichen des vollständigen
Spannzustandes wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird, so daß das Vorspanngerät
wieder einsetzbar ist. Die Kombination dieser beiden Einrichtungen führt zu einer
wesentlichen Erleichterung beim praktischen Arbeiten mit den Vorspanngeräten, zugleich
werden Bedienungsfehler vermieden bzw. Beschädigungen des Vorspanngerätes durch
Bedienungsfehler ausgeschlossen.
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Vorzugsweise ist der Abblaskanal entweder radial oder axial, dann
als Verlängerung der Zylinderbohrung, ausgeführt. Eine besonders einfache und vorteilhafte
Gestaltung ergibt sich bei Ausbildung des Abblaskanals als eine radial von der Innenwand
der Zylinderbohrung nach außen verlaufende Bohrung von etwa einem Milimeter Durchmesser,
die so lokalisiert ist, daß die innenseitige Öffnung normalerweise durch den Ringspannkolben
abgedeckt ist und erst innerhalb des letzten Teilstücks
des Weges
des Ringspannkolbens in Richtung zur vollständigen Spannposition der Ringspannkolben
die Öffnung freigibt. Sollte Schmutz von außen in diese Abblasbohrung gelangen,
so wird er im Abblasfall durch das unter sehr hohem Druck stehende Hydraulikmittel
wieder aus dem Abblaskanal herausgedrückt.
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Alternativ zu einer radialen, durch den Ringspannkolben selbst abgedeckten
oder freigegebenen Bohrung wird vorgeschlagen, ein normalerweise geschlossenes Ventil
im Abblaskanal anzuordnen, dessen Schließkörper über eine Mitnehmerinrichtung,nsbesondere
eine Schleppkupplung,mit dem Ringspannkolben mechanisch so verbunden ist, daß dieser
innerhalb des letzten Teilstücks seines Weges in die vollständige Spannposition
den Schließkörper von seinem Dichtsitz bewegt, wodurch der Abblaskanal freien Durchlaß
hat.
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Der Abblaskanal mündet vorzugsweise innerhalb des Druckmittelraums,
er kann aber auch in den den Druckmittelraum mit dem äußeren Anschluß verbindenden
Kanal münden. Dieser Kanal und der Abblaskanal sind im Profil jeweils so groß gewählt,
daß auch bei maximaler Förderleistung eines äußeren Hydraulikaggregates nicht mehr
Hydraulikflüssigkeit durch den Kanal in den Druckmittelraum strömen kann, als über
den Abblaskanal abfließt, so daß sich also bei geöffnetem Abblaskanal niemals ein
höherer Druck im Druckmittelraum aufbauen kann.
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Sehr vorteilhaft ist es, im Abblaskanal ein Rückschlagventil anzuordnen.
Dadurch wird verhindert, daß über den Abblaskanal Luft angesaugt wird.
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Schließlich muß aus Sicherheitsgründen darauf geachtet werden, daß
über den Abblaskanal nicht ein scharfer, feiner Druckmittelstrahl nach außen abgegeben
werden kann, da er Verletzungen hevorrufen könnte. Das Abblasen eines scharfen Strahls.
wird beispielsweise durch ein Rückschlagventil normalerweise verhindert,
es
können aber auch geeignete Vorrichtungen vorgesehen sein, um den Abblasstrahl zu
zerteilen, umzulenken oder anderweitig unschädlich zu machen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun
folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, die nicht einschränkend zu verstehen
sind. Sie werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in dieser zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein als Verstellspindel ausgebildetes Vorspanngerät
mit radialem Abblaskanal, und Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Hydraulikmutter
mit gesteuertem Ventil.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Vbrspanngerät handelt es
sich um eine hydraulische Verstellspindel. In bekannter Weise hat sie ein Gehäuse
20, das eine radiale Anlagefläche 22 und eine zu dieser Anlagefläche 22 rechtwinklig
verlaufende, axiale Zylinderbohrung 24 aufweist. Diese ist als eine Ringbohrung
ausgeführt, in ihr ist ein Ringspannkolben 26 axial verschiebbar zwischen einer
in Fig. 1 mit durchgezogenen Strichen dargestellten Ausgangsstellung und einer gestrichelt
eingezeichneten Spannposition angeordnet. In der Spannposition ist der Ringspannkolben
gegenüber der Ausgangsstellung um einen Kolbenhub von wenigen Milimetern, typischerweise
sechs bis zehn Milimetern, nach links verschoben.
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Durch die Zylinderbohrung 24 des Gehäuses 20 und den Ringspannkolben
26 wird ein ringförmiger Druckmittelraum 30 begrenzt, der über einen im Gehäuse
20 ausgebildeten Kanal 32 mit einem an der Außenseite des Gehäuses 20 befindlichen
Anschluß 34 für ein externes Hydraulikaggregat (nicht dargestellt) verbunden
ist.
In der Ausgangsstellung des Ringspannkolbens 26 hat der Druckmittelraum 30 eine
axiale Länge von wenigen Milimetern, beispielsweise zwei bis drei Milimetern, in
der gestrichelt eingezeichneten, vollständigen Spannposition addiert sich zur axialen
Länge des Druckmittelraums 30 der Kolbenhub.
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Eine den Druckmittelraum 30 begrenzende und der Anlagefläche 22 gegenüberliegende
Ringfläche des Ringspannkolbens 26, die Druckfläche 36, wird durch eine Dichtung
38 gebildet, die ringförmig ist und etwa dieselben radialen Abmessungen wie der
Ringspannkolben 26 hat. Im Druckmitteiraum 30 herrschen beim Spannen des Ringspannkolbens
26 Arbeitsdrucke von mehreren hundert bar.
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Im Gehäuse 20 des Vorspanngerätes ist ein Abblaskanal 40 vorgesehen,
dessen eines Ende 42 sich an der Außenseite des Gehäuses 20 befindet und dessen-anderes
Ende, im folgenden Öffnung 44 genannt, im Druckmittelraum 30 mündet. Diese Öffnung
44 ist jedoch so axial positioniert, daß sie normalerweise durch den Ringspannkolben
26 und insbesondere durch seine Dichtung 38 überdeckt wird, dadurch ist die Öffnung
44 versperrt. Lediglich dann, wenn sich der Ringspannkolben 26 so weit nach links
in die vollständige Spannposition begibt, daß das rechte, durch die Druckfläche
36 gebildete Ende des Ringspannkolbens 26 die Öffnung 44 überfährt, hat der Abblaskanal
40 direkte Verbindung mit dem Druckmittelraum 30.
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In diesem Fall strömt unter Arbeitsdruck befindliches Hydraulikmittel
durch den Abblaskanal 40 nach außen, wodurch sich der Druck im Druckmittelraum 30
abbaut und ein weiteres Spannen des Ringspannkolbens 26 ausgeschlossen ist.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Abblaskanal 40 im Bereich seiner
Öffnung 44 einen schmalen Durchmesser von beispielsweise einem Milimeter und erweitert
sich auf seinem radialen Verlauf nach außen hin. Dort ist ein Rückschlagventil 46
innerhalb
des Abblaskanals 40 angeordnet. Es wird in bekannter Weise durch eine Kugel, die
den Schließkörper bildet und in einen kegligen Ventilsitz durch eine Schraubendruckfeder
gedrückt wird, gebildet. Nach außen hin stützt sich die Feder gegen eine durchbohrte
Mutter ab, die in ein Innengewinde des erweiterten Abblaskanals 40 eingeschraubt
ist.
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Ein derartiges Rückschlagventil 46 ist nicht unbedingt erforderlich,
es vermeidet aber einversehentliches Ansaugen von Luft und zerteilt den feinen,
aus dem oberen Ende des Abblaskanals 40 stammenden Strahl an Druckmittel, so daß
dieses ungefährlich ausströmen kann.
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Die Ausgangsposition des Ringspannkolbens 26 wird durch einen Rand
48 festgelegt, der am Gehäuse 20 anschlägt.
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Der Verlauf des Abblaskanals 40 ist unkritisch und kann beliebig gewählt
werden, die gezeigte radiale Ausbildung stellt eine besonders einfache Ausführungsform
dar. Entscheidend für die Ausbildung des Abblaskanals 40 ist lediglich die axiale
Position seiner Öffnung 44. Ublicherweise reicht ein Abblaskanal 40, es können jedoch
auch mehrere vorgesehen sein.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, das eine Hydraulikmutter zeigt,
ist der Abblaskanal 40 axial angeordnet. Er verläuft in Verlängerung der Zylinderbohrung
24 bis hin zur der Anlagefläche 22 gegenüberliegenden Ringfläche des Gehäuses 20.
In ihm ist ein Ventil 50 angeordnet, das normalerweise geschlossen ist. Es ist ähnlich
dem Rückschlagventil 46 aufgebaut und hat als Schließkörper 52 ebenfalls eine Kugel,
die durch eine Kegelfeder 54 in einen kegligen, durch eine spezielle Ausbildung
des Abblaskanals 40 ausgeformten Ventilsitz 56 gedrückt wird. Die Kugel ist mit
einem Stahlseil 58, beispielsweise Stahlcord, verbunden, das Teil einer im folgenden
zu erläutern-
Gen Mitnehmereinrichtung 60 ist: Für diese ist in
den Ringspannkolben 26 axial und von der Druckfläche 36 her ein Sackloch 62 eingearbeitet,
an dessen Boden das Stahlseil 58 mittels einer Schraube 64 befestigt ist. Das Sackloch
62 hat eine Ausweitung, die den Sitz der kegelförmig gewickelten Schraubenfeder
54 bildet. Die Länge des Stahlseils 58 ist so bemessen, daß der Schließkörper 52
normalerweise in Anlage am Ventilsitz 56 gehalten wird, jedoch beim Ausfahren des
Ringspannkolbens 26 in die vollständige Spannposition das Stahlseil 58 geradlinig
verläuft und den Schließkörper 52 gegen den Druck des Hydraulikmittels im Druckmittelraum
30 vom Ventilsitz 56 wegbewegt, wodurch der Abblaskanal 40 frei ist.
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Bei einem derartigen Ventil 50 muß sichergestellt sein, daß sich der
Ringspannkolben 26 nicht gegenüber dem Gehäuse 20 verdrehen kann. Dies wird im gezeigten
Ausführungsbeispiel durch eine automatisch arbeitende Rückstellvorrichtung 68 erreicht.
Hierzu ist in einer Abstufung 70 des Ringspannkolbens 26 eine Gewindesackbohrung
72 vorgesehen, die mit einer Bohrung 74 im Gehäuse 20, welche sich zur Rückseite
dieses Gehäuses 20 hin erweitert, fluchtet. In die Gewindesackbohrung 72 ist eine
Imbusschraube 76 eingedreht, die mit ihrem Kopf nicht aus dem Gehäuse 20 ragt. Ihr
Kopf übergreift einen Stapel Tellerfedern 78, die sich ihrerseits an der Erweiterung
der Bohrung 74 abstützen.
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Beim Ausfahren des Ringspannkolbens 26 aus der Ausgangsstellung in
die Spannposition spannen sich die Tellerfedern 78 und drücken den Ringspannkolben
26 in die Ausgangsstellung zurück, sobald der Druck im Druckmittelraum 30 unterhalb
eines Druckes liegt, der (in Gegenrichtung) durch die Tellerfedern 78 aufgebracht
wird. Zweckmäßigerweise sind mehrere derartiger Rückstellvorrichtungen 68 gleich
verteilt angeordnet.
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Die gezeigte Mitnehmereinrichtung- 60 ist lediglich beispielhaft zu
verstehen, andere Ausbildungen sind möglich. Anstelle eines Stahlseils 58 kann eine
Kette vorgesehen sein, weiterhin sind ineinander geführte Stangen oder dergleichen
als Schleppkupplung möglich.