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Verwendung einer an sich bekannten konischen Schraubverbindung zur Festlegung zweier zu verbindender Teile und hiefür geeignete Schraubverbindung
Aus. der brit. Patentschrift Nr. 279, 714 ist eine konische Schraubverbindung zur elektrischen Verbindung zweier Pole von Akkumulatorplatten bekannt, bei der in den beiden Polen Bohrungen verschiedenen Durchmessers vorgesehen werden, in die ein sich verjüngender, zwei unter Belassung eines gewindelosen Bereiches gleichsinnig geschnittene Gewindezonen aufweisender Bolzen eingedreht wird, wobei erst beim Eindrehen des Bolzens in die Bohrungen der Pole in diesen die Gewinde entstehen. Diese bekannte Anordnung kann weder eine Annäherung der beiden zu verbindenden Teile bewirken, noch hohen Beanspruchungen in Richtung der Bolzenachse widerstehen.
Die Erfindung besteht demgegenüber in der Verwendung einer an sich bekannten konischen Schraubverbindung zur Festlegung zweier zu verbindender Teile unter gegenseitiger Annährung derselben, wobei diese Schraubverbindung aus den beiden miteinander zu verbindenden Teilen und entweder a) einem Gewindebolzen, der mit seinem Gewinde in eine mit Gewinde versehene konische Bohrung in den beiden zu verbindenden Teilen eingreift, oder b) einer Gewindehülse besteht, die mit ihrem Gewinde in das Gewinde von je einem zweier durch die Hülse zu verbindenden Zapfen eingreift, und im Falle a) das in dieser Bohrung befindliche Teilstück des Gewindebolzens bzw.
im Falle b) das diese Zapfen umgebende Teilstück der Gewindehülse entsprechend konisch ausgebildet ist, die Gewinde dieser Teilstücke vorzugsweise V-Form aufweisen und deren Gewindeflanken zu einer zur Längsachse des Gewindebolzens bzw. der Gewindehülse rechtwinkeligen Ebene geneigt sind, wobei so vorgegangen wird, dass nach Anordnung der beiden zu verbindenden Teile unter Belassung eines radialen Zwischenraumes zwischen den konischen Gewinden des Gewindebolzens bzw. der Gewindehülse und den vorgeformten konischen Gewinden der beiden Bohrungen oder Zapfen durch Drehen des Gewindebolzens bzw. der Gewindehülse dieser diametrale Zwischenraum unter gegenseitiger Annäherung der zu verbindenden Teile ausgefüllt wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf für diese Verwendung besonders ausgestaltete konische Schraubvel1bindungen, die im einzelnen als Beispiele in der Beschreibung erläutert werden.
Eine solche Schraubverbindung kann die beiden zu verbindenden Teile sowohl mechanisch zusammenhalten, als auch elektrisch überbrücken ; sie ist unter anderem insbesondere dort vorteilhaft, wo ein über die Oberfläche eines der zu verbindenden Teile vorragender oder in diesem versenkter Schraubenkopf wegen der dadurch hervorgerufenen mechanischen Schwächung dieses Teiles unerwünscht oder unzulässig ist ; die erfindungsgemäss verwendeten Gewindebolzen oder -hülsen können jedoch zwecks leichterer Drehung mit aussen angeordneten Köpfen versehen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger beispielshafter Ausführungsformen. In der Zeichnung veranschaulichen die Fig. 1-5 einige solche Beispiele im Schnitt, während in gleichen Darstellungen Fig. 6 eine Anwendung für den vorragenden Pol einer dynamoelektrischen Maschine und Fig. 7 eine weitere Ausbildung nach der Erfindung darstellen.
In Fig. 1 sind die zwei zu verbindenden Teile als Platten 1 und 2 dargestellt. In jeder der Platten ist eine konische Bohrung mit Gewinden gleicher Steigung eingearbeitet, u. zw. erfolgt die Herstellung in jener Lage, welche die Teile schliesslich einnehmen sollen, nämlich bei gegenseitiger Berührung. Die Bohrung wird mit dem entsprechenden Anzug hergestellt, worauf dann darin das Gewinde eingeschnitten wird.
Hierauf wird ein Gewindebolzen mit gleichem Anzug so weit eingeschraubt, bis sein Gewinde an den konischen Gewinden der Bohrungen dicht anliegt, so dass kein Spielraum in radialer Richtung mehr vorhanden ist.
Obgleich der Gewindebolzen spannungslos ist, besteht trotzdem kein axiales Spiel und daher sind Relativbewegungen der Platten 1 und 2 sowohl in Richtung der Bolzenachse als auch senkrecht hiezu hintangehalten.
Bei dem dargestellten Beispiel besitzt das Bolzenende mit dem grösseren Durchmesser einen Zapfen 4 von sechseckiger, quadratischer oder son-
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stiger Form für einen Schraubschlüssel od. dgl.
Der Bolzen kann aber auch mit einem Schlitz oder einer Ausnehmung für den Angriff eines Werkzeuges zum Eindrehen ausgestattet werden.
Während in Fig. 1 die Teile 1, 2 miteinander in Berührung stehen, ist in Fig. 2 zwischen dieselben eine Platte 5 aus elastischem oder nicht-
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voneinander getrennt, beispielsweise gemäss Fig. 3 durch'eine Distanzbüchse , welche den Gewindebolzen 3 umgibt.
Das Gewinde ist von gleicher Steigung und kann verschiedene V- oder ähnliche Formen aufweisen, die für den verwendeten Werkstoff passen. Die Gewindeflanken sind zu einer zur Längsachse des Bolzens senkrechten Ebene geneigt, so dass beim Drehen des Bolzens und seinem tieferen Eindringen in das Gewinde der konischen Bohrungen die beiden Teile zusammengezogen werden.
Diese Ausbildung der Gewinde kann zum Zusammenpressen von verhältnismässig dünnem Material verwendet werden. Ein solches ist z. B. die Platte 5 in Fig. 2, die zwischen die beiden zu verbindenden Teile eingelegt ist. Man kann gewünschtenfalls auch eine elastische oder nichtelastische Zwischenlage auf einer oder auf beiden Seiten des Abstandhalters 6 in Fig. 3 anordnen.
Bei der Herstellung einer Verbindung mit ei- ner Zwischenlage 5 werden die Bohrungen in den
Teilen 1, 2 und gegebenenfalls im Abstandhalter 6 eingearbeitet, wobei die Teile 1, 2 durch den hilfsweise angeordneten Abstandhalter getrennt sind, dessen Stärke derjenigen gleicht, auf welche die Zwischenlage 5 zusammengepresst werden soll.
Wenn die Teile 1, 2 sodann um das Ausmass von- einander getrennt werden, das der nicht zusammengepressten Stärke der Zwischenlage (Fig. 2) entspricht, so ergibt die Einführung des Gewin- debolzens beim Zusammenwirken seiner Gewinde mit denen der Bohrungen eine Annäherung der zu verbindenden Teile, soferne der durch die
Zwischenlage 5 geschaffene Abstand zwischen den Teilen kleiner als die Gewindesteigung ist.
Die Drehung des Bolzens zieht die Teile allmählich zusammen, weil die Gewinde immer tiefer ineinander eingreifen. Bei fortschreitendem Einschrauben des Bolzens in die konischen Bohrungen nimmt die Fläche der sich berührenden Gewin- jleflanken zu, so dass die tatsächliche Beanspruchung der Gewinde mit der Klemmkraft zunimmt.
Wie in Fig. 2 durch die Zwischenlage 5 veranschaulicht, kann nachgiebiges elastisches Material, etwa Gummi, zwischen die einander benachbarten Flächen der zu verbindenden Teile 1, 2, eingelegt werden, gleichgültig, ob das genannte Material ein wesentlicher Bestandteil des zu schaffenden Gegenstandes ist oder nur deshalb verwendet wird, um eine Vorspannung zu erzeugen. Eine solche kann erwünscht sein, um z. B. durch den Bolzen einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. Statt das elastische Material zwischen die erwähnten Flächen einzufügen, kann es auch einen oder mehrere Gewindebolzen umgeben, so dass bei Verbindung der Teile mittels der Bolzen das elastische Material zusammengepresst wird. So kann z.
B. das elastische oder nachgiebige Material aus einer Feldwicklung bestehen, die zwischen Rotor oder Stator und den Polschuhen einer elektrischen Maschine festgeklemmt ist, wobei die Gewindebolzen die Polschuhe an den Polschäften befestigen.
Wenn bei der Anordnung nach Fig. 2 der Gewindebolzen festgezogen ist, steht er unter Zugspannung, während sich gleichzeitig der Werkstoff der beiden zu verbindenden Teile unter Druckspannung befindet. Die Zugspannung wird während der letzten vollen Umdrehung des Bolzens allmählich hervorgerufen. Da am Ende kein Zwischenraum zwischen den Gewinden verbleibt, ist die sich schliesslich ergebende Formänderung durch die Zugspannung des Bolzens und die Druckspannung der Teile proportional der Dicke der dazwischenliegenden dünnen Platte 2.
Die erfindungsgemässe Verbindung von Teilen ist'dorn : besonders'geeignet, wo es notig ist, die Bolzen einer Vorspannung zu unterwerfen, damit die beiden Teile nicht bei einer bestimmten Beanspruchung in Achsrichtung des Bolzens voneinander getrennt werden.
Man'kann gewünschtenfalls. den Bolzen über einen Teil seiner Länge im Durchmesser bis höchstens auf den Kerndurchmesser absetzen, wie dies bei 7 in Fig. 2 adage- stellt ist,
Eine Vorspannung zwischen dem Gewindebolzen und den zu verbindenden Teilen kann man auf andere Weise oder zusätzlich dadurch erhalten, dass für den Bolzen eine Gewindesteigung gewählt wird, die etwas kleiner als jene der Bohrungen ist, oder dass man beim Bolzen zwei Zo- een n-tit verschiedenem Gewinde vorsieht, die beispielsweise durch eine gewindelose Zone voneinander getrennt sind, wobei der Abstand zwischen den beiden durch die gewindelose Zone getrennten Gewindegängen etwas kleiner ist als eine ganze Zahl von Gewindegängen.
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der Teile 1, 2 in einem vorher bestimmten Abstand.
Dabei werden die konischen Bohrungen in. den Teilen 1, 2 hergestellt, während diese in der geforderten Relativstellung zueinander festgehalten sind. Wird der entsprechend konische Bolzen 3 eingeführt, so ist jede Bewegung der Teile 1 und 2 in Richtung der Bolzenachse verhindert, sobald der diametrale Zwischenraum zwischen den Gewinden vollständig ausgefüllt ist.
Fig. 5 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 4, bei welcher der Bolzen 3 als Drehbolzen für ein zwischen den Platten 1 und 2 angeordnetes bewegliches Element 8 dient. Der
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Bolzen 3 kann bei 9 zwischen den beiden Platten, wie üblich, zylindrisch sein.
Die erfindungsgemäss vorgesehenen Gewindebolzen haben den weiteren Vorteil, dass sie bei Änderung oder Umkehrung der Belastung selbstsperrend sind, weil der radiale Zwischenraum zwischen den Gewinden ausgefüllt ist. Die Bolzen können daher ohne Kopf ausgeführt werden und ihre maximalen Durchmesser so bemessen sein, dass nach vollständigem Einschrauben das Ende mit grösserem Durchmesser in der Flucht oder etwas unterhalb der Aussenfläche des betreffenden Teiles liegt.
Zweckmässig besitzen der Bolzen und das zur Bildung der Bohrungen verwendete Werkzeug im allgemeinen den gleichen Anzug, die gleiche Steigung und die gleiche Gewindeform, doch kann dieses Werkzeug vom Bolzen in einer oder mehreren dieser Merkmale abweichen.
Vorteilhaft wählt man den Anzug des Bolzens relativ schwach und die Steigung der Gewinde verhältnismässig fein ; beispielsweise kann ein Anzug in der Grössenordnung von 1 : 16 angewendet werden, während die Länge des Bolzens im allgemeinen ein Vielfaches seines Durchmessers sein wird. Die Steigung des Gewindes muss mindestens ebenso gross sein, wie das Ausmass, um welches das nachgiebige Material zusammengepresst werden soll. Ferner ist das erforderliche Anzugsverhältnis von dem Bruchteil der Gewindesteigung abhängig, der für das Zusammenpressen des nachgiebigen Materials erforderlich ist.
Eine Anwendung der Erfindung besteht z. B. für die üblichen Wellenkupplungsbolzen bei Wechselstrommaschinen mit vertikaler Welle, etwa Wechselstrommaschinen mit Turbinenantrieb, welche Bolzen nicht nur das Drehmoment auf den Rotor zu übertragen, sondern auch noch eine grosse axiale Belastung aufzunehmen haben. Die Bolzen sollen dabei entsprechend der axialen Be- lastung vorgespannt werden. Zu diesem Zwecke können die erläuterten Massnahmen getroffen werden, wobei eine dünne Metallzwischenlage verwendet wird, um die Vorspannung zu erzeugen.
Die konischen Bolzen können, trotzdem sie infolge der Verwendung dieser Zwischenlage auf Zug beansprucht sind, doch dicht in Richtung ihres Durchmessers zum Anliegen gebracht werden, so dass sie das erforderliche Drehmoment übertragen können ; dieses Anliegen wird erzielt, ohne dass es erforderlich ist, die beim Einbau zylindrischer Bolzen üblichen Methoden und Einrichtungen zu verwenden. Wo die konischen Gewindebolzen für eine Wellenkupplung ohne vorragende Köpfe verwendet werden, fällt eine Abdeckung oder Schutzhaube für letztere weg.
Eine andere Anwendung dient zur Befestigung von Ventilator- oder Gebläsefliigeln aus Leichtmetall an einem Stahlring.
Die Verwendung von Schrauben üblicher Art mit in die Flügel versenkten Köpfen machte bisher die Festlegung der Schrauben wegen des ver- hältnismässig weichen Metalles der Flügel schwierig.
Bei einer andern Anwendung dienen die Gewindebolzen zur Herstellung einer lösbaren elektrischen Verbindung zwischen zwei voneinander abstehenden Leitern mit oder ohne zwischengeschaltetem nachgiebigem Material, beispielsweise bei elektrischen Instrumenten oder elektrischen Sammelschienen.
Die erfindungsgemässe Schraubverbindung eignet sich besonders zur Befestigung fester Polschuhe an den Polen von Wechselstrommaschinen. Fig. 6 zeigt eine derartige Anwendung. Ein Pol einer solchen Maschine ist teilweise im Schnitt dargestellt. Der obere Teil des Polschaftes 10 trägt den Polschuh 11 und ist von der Wicklung 12 umgeben. Der Schuh 11 ist an dem Schaft 10 durch eine Anzahl konischer Gewindebolzen 3a und 3b befestigt. Eine dünne Metallplatte 13 erzeugt in der erläuterten Weise eine Vorspannung der Bolzen in Übereinstimmung mit der Grösse der Zentrifugalkraft an den Polschuhen. Da die konischen Gewindebolzen einen kleineren Durchmesser haben als ein mit einer Ausnehmung versehener Schraubenbolzenkopf üblicher An, können diese Bolzen unterhalb des Polschuhprofils die erforderliche Ausnehmung für den Angriff des Werkzeuges aufweisen.
Demzufolge kann der Umriss des Polschuhes schon vor der Aufbringung auf den Rotor fertiggestellt werden. Dabei die- nen, die Polschuhe 11 zum Festklemmen der Feldwicklungen ; die Gewindegänge werden so gewählt, dass das Ausmass der geforderten Zusammenpressung sichergestellt ist. Bei Feldwicklungen grosser Maschinen kann das Ausmass der Zusammenpressung z. B. 1, 5 mm betragen. Zu diesem Zweck wird eine Steigung von etwa zehn Gängen auf je 25 mm vorteilhaft sein, wobei die Steigung über eine zwischen 25 und 50 mm lange Zone der Schraubbolzen gleichmässig sein kann.
Bei Verwendung der genormten Whitworthgewinde ergeben Bolzen der angegebenen Verhältnisse eine Zusammenpressung von 0, 125 mm je Umdrehung, so dass eine Feldwicklung um etwa 1, 5 mm in 12, 5 Umdrehungen zusammenpressbar ist. Für vorbelastete Gewindebolzen mit dieser Steigung und dieser Gewindeform bringt eine Zwischenlage von 0, 125 mm Dicke eine Vorspannung von rund 30 kg/mm2 bei einer wirksamen Bolzenlänge von 940 mm hervor. Eine gleiche Wirkung kann ohne Zwischenlage dadurch erreicht werden, dass man einen Gangunterschied, der z.
B. 1/20 Umdrehung entspricht, zwischen den Gewinden am stärkeren und schwächeren Ende des Bolzens vorsieht, oder dass man um einen Bruchteil voneinander abweichende Gewindesteigungen für den Bolzen und für die Lochungen wählt, etwa Gewindesteigungen von beispielsweise 10tes Gängen je 25 mm für den Bolzen und 10 Gängen je 25 mm für die Bohrung.
Die Erfindung schliesst auch Umkehrungen der beschriebenen Einrichtungen ein, wobei zwei oder
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mehr Teile mit konische Aussengewinde tragenden Zapfen durch eine Hülse mit einem koni-
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Innengewinde zusammengehalten werden ;mit den entsprechenden Gewinden in der Hülse in Eingriff. Fig. 7 zeigt eine solche Ausführungsform, bei der die Enden 20, 21 von zwei Zugstangen, Zapfen 22,23 mit konischen Schraubewinden aufweisen, die mit der entsprechenden konischen Innenbohrung einer mit Gewinden versehenen Hülse 24 in Eingriff stehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verwendung einer an sich bekannten konischen Schraubverbindung zur Festlegung zweier zu verbindender Teile unter gegenseitiger Annäherung derselben, wobei diese Schraubverbindung aus den. beiden miteinander zu verbindenden Teilen (1, 2 bzw. 22, 23) und entweder a) einen Gewindebolzen (3), der mit seinem Gewinde in eine mit Gewinde versehene konische Bohrung in den beiden zu verbindenden Teilen (1, 2) eingreift, oder b) einer Gewindehülse (24) besteht, die mit ihrem Gewinde in das Gewinde von je einem zweier durch die Hülse zu verbindenden Zapfen (22, 23) eingreift, und im Falle a) das in dieser Bohrung befindliche Teilstück des Gewindebolzens 1(3) bzw.
im Falle b) das diese Zapfen (22, 23) umgebende Teilstück der Gewindehülse (24) entsprechend konisch ausgebildet ist, die Gewinde dieser Teilstücke vorzugsweise V-, Form aufweisen und deren Gewindeflanken zu einer zur Längsachse des Gewindebolzens (3) bzw. der Gewindehülse (24) rechtwinkeligen Ebene geneigt sind, wobei so vorgegangen wird, dass nach Anordnung der beiden zu verbindenden Teile unter Belassung eines radialen Zwischenraumes zwischen den konischen Gewinden des Gewindebolzens bzw. der Gewindehülse und den vorgeformten konischen Gewinden der beiden Bohrungen oder Zapfen durch Drehen des Gewindbolzens bzw. der Gewindehülse dieser diametrale Zwischenraum unter gegenseitiger Annä- herung der zu verbindenden Teile ausgefüllt wird.