CH552448A

CH552448A - Hydraulisches spannwerkzeug zur erzeugung vorgespannter schraubverbindungen.

Info

Publication number: CH552448A
Application number: CH449871A
Authority: CH
Original assignee: Bieri Hans
Priority date: 1971-03-26
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1974-08-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Spannwerkzeug zur Erzeugung vorgespannter Schraubverbindungen, mit einem Gehäuse und mindestens einem im Innern desselben hydraulisch verschiebbaren Kolben.

Bei hochbeanspruchten Schraubverbindungen wird bei der Montage die Mutter üblicherweise so stark festgezogen, dass im Bolzen eine Vorspannung entsteht. Hierzu werden meistens Drehmomentenschlüssel verwendet, bei denen das aufgewendete Drehmoment entweder angezeigt wird, oder die beim Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes rutschen.

Unzulänglich ist dabei, dass die mit solchen Drehmomentenschlüsseln auf den Bolzen übertragene, wirkliche Vorspannkraft ungenau ist, da die Reibung, infolge den Paarungs-, Rauhigkeits- und Schmierverhältnissen sehr unterschiedlich ist und dadurch ein Unsicherheitsfaktor in der Beziehung zwischen effektiv erhaltener Vorspannung und aufgewendetem Anziehdrehmoment entsteht. Somit ist man aber bezüglich der Höhe der wirklichen Vorspannung auf Vermutungen angewiesen, was für hochbeanspruchte Schraubverbindungen sehr unbefriedigend ist. Dazu kommt noch, dass solche hochbeanspruchten Gewinde beim Festziehen oder Lösen infolge der dabei zwischen den unter Last relativ aufeinander gleitenden Teilen auftretenden hohen Flächenpressung und der damit verbundenen Verdrängung des Schmiermittels leicht zum Anfressen neigen.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden ein hydraulisches Spannwerkzeug mit einem möglichst geringen Aussendurchmesser bauen zu können, um es auch an schwer zugänglichen Stellen und dicht nebeneinander liegenden Bolzen verwendbar zu machen.

Die Erfindung mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem vorzuspannenden Bolzen zu verbindende Teil des Spannwerkzeuges mit mindestens einem Kolben ein einziges Stück bildet.

Dadurch ist es möglich ein solches Spannwerkzeug sehr kompakt zu bauen, wobei es für die Übertragung hoher Kräfte bzw. die Anwendung hoher hydraulischer Drücke geeignet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen hydraulischen Spannwerkzeuges dargestellt.

Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein einstufiges hydraulisches Spannwerkzeug,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein dreistufiges hydraulisches Spannwerkzeug.

Gemäss Fig. 1 soll ein erster plattenförmiger Maschinenteil 1 mit einem zweiten Maschinenteil 2 durch vorgespannte Schraubverbindungen starr verbunden werden. Zu diesem Zweck werden im Maschinenteil 2 Sacklöcher gebohrt und diese mit einem Innengewinde 3 versehen. In jedes dieser In nengewinde 3 wird ein beidseitig mit Gewinde versehener Bolzen 4 eingeschraubt. Diese Gewindebolzen 4 enthalten somit einen unteren Gewindeteil 5, einen mittleren gewindelosen Teil 6 und einen oberen Gewindeteil 7. Um die Schraubenverbindung in einfacher Weise vorspannen zu können, wird ein hydraulisch betätigbares Spannwerkzeug 8 verwendet.

Dieses enthält ein Gehäuse 9, das im wesentlichen eine Glockenform hat und dessen im Durchmesser reduzierter Teil sich mit seiner stirnseitigen Auflagefläche 10 auf einem den Bolzen 4 umgebenden Druckring 11 abstützt, der seinerseits auf dem Maschinenteil 1 aufliegt. Im Inneren des Gehäuses 9 befindet sich ein Kolben 12, der einen obern Kolbenteil
13 und einen im Durchmesser reduzierten untern Kolbenteil
14 aufweist, wobei der letztere im wesentlichen in der Bohrung 15 als Führung wirkt. Der untere Kolbenteil 14 ist mit einem Innengewinde 16 versehen, in welches der Gewindeteil 7 des Bolzens 4 eingeschraubt werden kann. Somit besteht der Kolben 13 und der das Innengewinde 16 enthaltende Teil aus einem einzigen Stück. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise.

Die Bohrung 15 des Gehäuses 9 hat unten einen so grossen Durchmesser, dass die Schraubenmutter 18 von dieser Öffnung 22 aufgenommen wird.

Um die Schraubenmutter 18 im vorgespannten Zustand des Bolzens 4 zuzustellen - also zu verdrehen - ist im unteren Teil des Gehäusemantels eine seitliche Öffnung 19 vorhanden, durch welche ein Werkzeug zum Verdrehen der Mutter 18 eingeführt werden kann. Mit Hilfe eines einfachen, um einen beschränkten Winkel verschwenkbaren Werkzeuges lässt sich somit die mit Einkerbungen 20 od. dgl. versehene Gewindemutter 18 leicht verdrehen. die untere Stirnseite 10 des Gehäuses 9 ist ferner mit einer flachen radialen Ausnehmung 21 versehen, welche dazu dient, mit einer Dicken-Messlehre die Distanz zwischen dem Ring 11 und der Stirnseite der Mutter 18 festzustellen, wenn der Bolzen 4 mit Hilfe des Spannwerkzeuges 8 vorgespannt wird bevor die Mutter 18 nachgestellt wird, so dass auf diese Weise die wirklich stattgefundene Längsdehnung des Bolzens 4 kontrolliert werden kann.

Sowohl im breiteren Kolbenteil 13 als auch im schmäleren Kolbenteil 14 befindet sich je mindestens ein Dichtungsring 23. Dazwischen liegt eine ringförmige Druckkammer 25, in welche in radialer Richtung eine Leitung 26 einmündet, die mit einem Gewinde 27 für einen Rohr- oder Schlauchanschluss versehen ist, zum Anschluss einer Hand- oder Fusspumpe. Um das Einschrauben des Kolbens 12 auf den oberen
Gewindeteil 7 des Bolzens 4 zu erleichtern, ist der Kolben 13 oben mit einem Vierkant- oder Sechskantansatz 29 versehen.

Das Gehäuse 9 ist auf seiner Oberseite offen, so dass ein freier Zugang zum Ansatz 29 des Kolbens besteht. Damit die Luft beim Einschrauben des Kolbens in den Gewindeteil 7 des Bolzens 4 leicht entweichen kann, weist der Kolben 12 mindestens eine zentrale Längsbohrung 30 auf. Somit lässt sich der Kolben bei feststehendem Gehäuse 9 verdrehen und damit auf das Bolzengewinde 7 aufschrauben bzw. abschrauben.

Da hochbeanspruchte Schraubverbindungen meistens nahe nebeneinander liegen, ist die Vorrichtung in ihrem unteren Teil relativ schmal gebaut. Der Aussendurchmesser des Ge häuses 9 im Bereich der Mutter 18 beträgt weniger als das Dreifache des Bolzengewindedurchmessers. Dadurch wird erreicht. dass die Druckringe 11 dicht nebeneinanderliegen können und somit der Abstand zwischen benachbarten Schraub verbindungen klein gehalten werden kann.

Das Vorspannen des Bolzens 4 erfolgt in der Weise, dass mittels einer Hand- oder Fusspumpe Druckflüssigkeit, bei spielsweise Öl, der Druckkammer 25 zugeführt wird. In der Zuleitung befindet sich ein in der Zeichnung nicht dargestell tes Rückschlagventil. Der erzeugte Druck richtet sich nach der gewünschten Vorspannung des Bolzens 4. Er kann bei dieser einstufigen Ausführungsform bis etwa 500 Atmosphären betragen. Der in der Druckkammer 25 herrschende Druck lässt sich mit Hilfe eines nicht dargestellten Manometers leicht ab lesen und dadurch die sich daraus ergebende Zugbelastung des Bolzens rechnerisch ermitteln. Nachdem der Bolzen 4 mit der gewünschten Kraft vorgespannt ist, wird die Mutter 18 mit
Hilfe eines Werkzeuges durch die Öffnung 19 im Gehäuse mantel nachgestellt, bis sie wieder satt auf dem Ring 11 auf liegt.

Zur Kontrolle kann vorgängig die zwischen Mutter 18 und Druckring 11 durch die Längsdehnung des Bolzens ent standene Distanz durch eine Tastlehre gemessen werden. Das
Lösen der Mutter 18 erfolgt sinngemäss in umgekehrter
Reihenfolge, indem vor dem Lösen der Mutter 18 der Bolzen 4 wieder so stark vorgespannt wird, dass sich die Mutter von der Unterlage etwas abhebt und dadurch leicht lösen lässt.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die ineinandergreifenden
Gewindeteile des Bolzengewindes 5 und des Innengewindes
3 der Sacklochbohrung sowie der Mutter 18 nie unter Last re lativ zueinander verdreht werden müssen und somit die Werkstoffe selbst bei höchster Belastung nicht zum Anfressen neigen.

Anstelle einer mit Gewinde versehenen Sacklochbohrung könnte im Maschinenteil 2 auch eine durchgehende gewindelose Bohrung vorgesehen werden und der Bolzen an beiden Enden mit Muttern versehen werden, oder der Bolzen 4 könnte einen Kopf aufweisen.

In Fig. 2 ist eine dreistufige Ausrührungsvariante des Spannwerkzeuges dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise sind gleich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Um jedoch nahe an vorstehende Bauteile oder in die Ecken zu gelangen, ist es notwendig, den Durchmesser des Gehäuses möglichst klein zu halten. Um trotzdem die erforderliche Vorspannkraft aufzubringen, sind drei hintereinander angeordnete Kolben vorgesehen, so dass sich also die auf die einzelnen Kolben wirkenden Axialkräfte addieren.

Das Gehäuse 34 des Vorspannaggregates ist rotationssymmetrisch ausgebildet und besteht aus drei durch Gewinde 40, 41 ineinandergeschraubten Teilen 35, 36, 37. Im Innern dieses Gehäuses 34 ist ein aus drei Teilen 42, 43, 44 bestehender Kolben 38 in Axialrichtung verschiebbar gelagert. Im Kolben 38 befindet sich eine sich nach unten öffnende Bohrung 53 mit einem Innengewinde 54, das mit dem vorzuspannenden Bolzen 4 zu verbinden ist. Dieser Kolben 38 und der Teil in welchem das Innengewinde 54 sitzt besteht somit aus einem einzigen Materialstück. Dieser Kolben 38 besteht aus sehr hochwertigem Material und weist einen sich nach oben erstreckenden, zentralen Ansatz 42 auf, der mit zwei Gewinden 58, 59 versehen ist, auf welche als Kolben wirkende Ringe 43, 44 aufgewindet sind. Der Ansatz 42 ist abgestuft und wird nach oben im Durchmesser kleiner. Er ragt oben über das Gehäuse hinaus.

Der Kolben 38 ist mit einer zentralen Bohrung 46 für die Zufuhr von Drucköl versehen, von der aus zwei radiale Bohrungen 47, 48 in die Druckkammern 51, 52 einmünden. Von der Bohrung 48 aus, ragt eine weitere schräg verlaufende Bohrung 49 in die Druckkammer 50 hinein. Die Druckkammern 50, 51, 52 sind durch Dichtungsringe 23, 60 abgedichtet. Es sind somit drei hintereinanderliegende Kolben Druckflächen, deren Wirkungen sich bei Zufuhr von Drucköl addieren. Das obere Ende des zentralen Kolbenteiles enthält einen Vierkant- oder Sechskantansatz 55 sowie einen Gewindenippel 56, auf den ein Kupplungsstück eines lösbaren Schnellverschlusses für einen Schlauch aufgeschraubt werden kann. Die Teile des Schnellverschlusses sind vorzugsweise relativ zueinander verdrehbar, so dass der Schlauch für die Druckölzufuhr in beliebiger Richtung weggeführt werden kann.

Für den Zugang zur Gewindemutter 18 zum Verdrehen derselben bei aufgesetztem Vorspannaggregat ist im Gehäuseteil 35 ein Schlitz 19 vorhanden. Ferner ist auch hier auf der unteren Gehäusestirnseite 10 eine Ausnehmung 21 für eine Tastlehre vorgesehen.

Um das Aufschrauben des Gerätes auf das Bolzengewinde zu erleichtern, sind am Umfang des Gehäuseteiles 39 einige Bohrungen 60 vorhanden.

Mit dem oberen Teil des Ansatzes 42 ist ein Halter 61 drehbar verbunden. Die Lagerung erfolgt in einem Wälzlager 62, das durch eine Schraubenmutter 66 festgehalten wird. Ferner ist ein Abschluss-Deckel 63 vorhanden, der durch Schrauben 64 in einem Ring 67 gehalten wird. Von diesem Ring 67 ragt in radialer Richtung mindestens ein Rohrstück 65 ab. Der Aussendurchmesser aller drei Kolben ist gleich oder angenähert gleich.

Durch dieses Spannwerkzeug können trotz der sehr kompakten Bauweise Zugkräfte bis etwa 50 Tonnen bei einem Aussendurchmesser von etwa 100 mm erzeugt werden. Bei der Wahl grösserer Gehäuse- bzw. Kolbendurchmesser lässt sich auch die erzeugbare Zugkraft entsprechend vergrössern.

Dabei können hydraulische Drücke bis etwa 700 atü angewendet werden. Anstelle von drei Kolben wäre auch eine Ausführungsform mit zwei Kolben möglich, wobei gegenüber Fig. 2 im wesentlichen der oberste Kolben 44 und die Büchse 37 weggelassen würden. Auch wäre es denkbar, mehr als drei koaxial angeordnete Kolben vorzusehen:

Claims

PATENTANSPRUCH Hydraulisches Spannwerkzeug zur Erzeugung vorgespannter Schraubverbindungen, mit einem Gehäuse und mindestens einem im Innern desselben hydraulisch verschiebbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem vorzuspannenden Bolzen (4) zu verbindende Teil (54) des Spannwerkzeuges mit mindestens einem Kolben (38) ein einziges Stück bildet.

UNTERANSPRÜCHE 1. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (38) einen einstückigen, abgestuften, zentralen Ansatz (42) aufweist, der sich bezüglich des Aufnahmegewindes (54) für den vorzuspannenden Bolzen (4) nach der entgegengesetzten Richtung erstreckt.

2. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) auf seiner der Auflagefläche (10) abgewandten Seite offen ist.

3. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zweistufig ist und der Aussendurchmesser des Gehäuses weniger als das 2,8fache des Gewindedurchmessers der vorzuspannenden Schraube (7) beträgt.

4. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei koaxial hintereinander liegende Kolben (38, 43, 44) vorhanden sind, denen je eine eigene Druck-Kammer (50, 51, 52) zugeordnet ist.

5. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass drei koaxial hintereinander liegende Kolben (38, 43, 44) vorhanden sind.

6. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem einzigen Stück gebildete, einen Kolben (38) aufweisende, den vorzuspannenden Bolzen (4) aufzunehmen bestimmte Teil das Gehäuse (34) auf der der Auflagefläche (10) abgewandten Seite überragt.

7. Spannwerkzeug nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr des hydraulischen Druckmittels eine Längsbohrung (46) im Kolbenansatz (42) vorhanden ist.

8. Spannwerkzeug nach Patentanspruch und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenansatz (42) am freien Ende seiner der Druckmittelzufuhr dienenden Längsbohrung (46) mit einem Nippel versehen ist, für den Anschluss einer um die eigene Axe drehbaren, mit einem Druckschlauch versehenen Schnellkupplung.

9. Spannwerkzeug nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem über das Gehäuse (34) hinausragenden Teil des Kolbenansatzes (1) ein radial abragender Halter (61) drehbar befestigt ist.

10. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) drei in koaxialer Anordnung aufeinander geschraubte Büchsen (35, 36, 37) aufweist und der eine Kolben (38) mit einem axialen Ansatz (42) versehen ist, auf welchem zwei weitere ringförmige Kolben (43, 44) in koaxialer Anordnung starr befestigt sind, wobei der Aussendurchmesser aller Kolben (38, 43, 44) mindestens angenähert gleich gross ist.

11. Spannwerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kolben (38, 43, 44) mit unterschiedlichem Durchmesser vorhanden sind, von denen der sich nahe beim Aufnahmegewinde (54) befindliche am kleinsten ist und die Durchmesser-Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Kolben kleiner als 15% ist.