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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung
für Zugversuche
an Schrauben mit großem, über 39 mm liegenden
Gewindedurchmesser, die eine vertikal bewegliche obere Traverse
zur Ausübung
einer Zugkraft und eine in der Höhe
einstellbare untere Traverse sowie in dem Arbeitsraum zwischen den
Traversen angeordnete Aufnahmen für die Schraube beim Zugversuch
umfasst.
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Der
Zugversuch an Schrauben ist ein genormtes Standardverfahren der
Werkstoffprüfung, bei
dem Schrauben mit kleiner Querschnittsfläche, in der Regel nach ISO
898 bis zu einem Nenndurchmesser von 39 mm, mit entsprechend ausgelegten Prüfvorrichtungen
bis zum Bruch gedehnt werden, um aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm
verschiedene Kenngrößen wie
Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul,
Bruchdehnung, Brucheinschnürung
u.a. zu ermitteln. Der Zugversuch kann an Schrauben mit abgedrehtem
Schaft oder an ganzen Schrauben durchgeführt werden. Bei bestimmten
Schrauben darf die Verringerung des Schaftdurchmessers einen vorgegebenen
Wert nicht überschreiten
oder der Zugversuch darf generell nur mit ganzen Schrauben durchgeführt werden.
Die Festigkeitsprüfung
wird entweder in einem Axialzugversuch oder in einem Schrägzugversuch,
bei dem unter dem Schraubenkopf in der Aufnahme eine gehärtete Keilscheibe
angeordnet ist, durchgeführt.
Eine selbstzentrierende Aufnahme der Schraube in der Prüfvorrichtung
sorgt für
deren axiale Belastung beim Zugversuch.
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In
verschiedenen Anwendungsfällen,
beispielsweise bei der Montage von Windkraftanlagen, werden Schrauben
mit einem Durchmesser bis 60 mm eingesetzt, deren Werkstoffkennwerte
höchsten Festigkeitsanforderungen
genügen
müssen.
Für derartige
Schrauben stehen jedoch Prüfvorrichtungen mit
geeigneten Aufnahmemitteln für
die Probe, die den beim Zerreißen
solcher Proben auftretenden hohen Kräften standhalten und die erforderliche
Sicherheit gewährleisten
und zudem noch einfach zu handhaben sind, nicht zur Verfügung. Man
behilft sich in diesem Fall derart, dass die Kenngrößen auf
der Basis eines verringerten Schaftdurchmessers ermittelt werden.
Die Durchführung
des Zugversuchs bei Schrauben dieser Größe mit notwendigerweise stark abgedrehten
Proben liefert jedoch nur ungenaue Werkstoffkennwerte.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung für Zugversuche
an ganzen Schrauben mit großem
Durchmesser anzugeben, die einfach und sicher zu handhaben ist und
zuverlässige
Kennwerte liefert.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Prüfvorrichtung gelöst. Aus
den Unteransprüchen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung.
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Im
Wesentlichen liegt die Erfindung in der Ausbildung der im Arbeitsraum
zwischen der oberen, die Zugkraft ausübenden Traverse und der unteren Traverse
angeordneten Aufnahmemittel zum Halten der zu prüfenden Schraube, deren Gewindedurchmesser
größer ist
als der mit den bekannten Prüfvorrichtungen
prüfbaren
Schrauben. Die Aufnahmemittel umfassen a) einen fest mit der unteren
Traverse verbundenen unteren Glockenkörper, in dem das eine Ende
der Schraube mit Hilfe eines Passstückes mit Innengewinde zentriert
gehalten ist, b) ein oberes zweiteiliges Aufnahmemittel, bestehend
aus einem fest mit der oberen Traverse verbundenen Haltering mit
Anschlussgewinde sowie einem oberen, mit dem Halterring lösbar verbundenen
Glo ckenkörper,
in dem das obere Schraubenende selbstzentrierend gehalten ist, und
c) eine mobile auf den unteren Glockenkörper aufsetzbare federelastische
Hebevorrichtung, auf der der obere Glockenkörper zum Anschrauben an den
Haltering oder Lösen
vom Haltering axial elastisch sowie um seine Längsachse drehbar gelagert ist.
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Die
zu prüfende
Schraube kann somit auf einfache Weise in die Aufnahmevorrichtung
eingebracht werden, wobei der mobile obere Glockenkörper, der
bei den großen
Abmessungen der Schraube und der aufgrund der hohen Zugkräfte stabilen
Ausführung
ein hohes Gewicht aufweist, dennoch problemlos manuell gehandhabt
werden kann. Mit der entsprechend den erforderlichen Zugkräften ausgelegten
Prüfvorrichtung
ist es erstmals möglich,
bei Schrauben mit einem Gewindedurchmesser über 39 mm Zugversuche einfach
und sicher durchzuführen und
exakte Kennwerte zur Verfügung
zu stellen.
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Zur
Dämpfung
der beim Zerreißen
der Probe im Zugversuch auftretenden Schläge sind in weiterer Ausbildung
der Erfindung der Haltering und der untere Glockenkörper über eine
Druckplatte aus einem weichen Material, zum Beispiel einem weichen
Stahl, mit der jeweiligen Traverse verbunden. Die Befestigung erfolgt
mit einem in einer trapezförmigen Öffnung in
der Traverse angeordneten, mit keilförmigen Passstücken fixierten
Bolzen, der zudem über
eine Zentrierscheibe an der Traverse verschraubt ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind die axialen Innenflächen der
Glockenkörper,
das heißt,
die Flächen
im Bereich der Öffnungen,
durch die der Schraubenschaft hindurchgeführt ist, konkav geformt. Durch
eine ballig ausgeführte
Unterlegscheibe für
den Schraubenkopf bzw. ein ballig geformtes, das Schraubengewinde
aufnehmendes Passstück
wird die Schraube beim Zugversuch selbstzentrierend gehalten.
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Zur
Durchführung
eines Schrägzugversuchs wird
eine in den Glockenkörper
eingelegte Keilscheibe mittels von dieser abstrebenden Bolzen in
der richtigen Position im Glockenkörper fixiert.
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Die
Kopfplatte der erfindungsgemäßen Hebevorrichtung
ist in Führungssäulen geführt und
mittels Druckfedern auf der Bodenplatte abgestützt. Der Abstand zwischen Boden-
und Kopfplatte – und
damit die auf den oberen Glockenkörper wirkende Federkraft kann
mittels an den Führungssäulen lösbar gehaltenen,
aber in einer bestimmten Position verklemmbaren Klemmböcken eingestellt
werden. Darüber
hinaus kann die maximale Eindrücktiefe
der Kopfplatte (geringste Höhe
der Hebevorrichtung) durch Anordnung von Höhendistanzhülsen begrenzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung sind in die obere Seite der Kopfplatte
Kugeln eingelassen, die das manuelle Drehen des oberen Glockenkörpers entlang
einerumlaufenden Führungskante
erleichtern. Außerdem
sind in der Kopf- und Bodenplatte von der Seite ausgehende, deckungsgleiche
Schlitze ausgebildet, so dass die Hebevorrichtung während des
Zugversuchs entfernt werden kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Teilansicht einer beispielhaften 200 KN-Prüfvorrichtung
mit Aufnahmemitteln für Schrauben
mit einem zwischen 40 und 60 mm liegenden Gewindedurchmesser; und
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2 eine
detaillierte Ansicht einer den Aufnahmemitteln gemäß 1 zugeordneten
Hebevorrichtung.
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Die
in 1 dargestellte Teilansicht einer mit einer Leistung
von 200t ausgelegten Prüfvorrichtung zeigt
eine während
des Zugversuchs feststehende, aber für die Unterbringung der zu
prüfenden
Schraube 3 in den Aufnahmemitteln mittels elektrischem Spindeltrieb
(nicht dargestellt) in der Höhe
einstellbare untere Traverse 1 sowie eine zur Ausübung der Zugkraft
mit einem hydraulischen Antrieb (nicht dargestellt) versehene obere
Traverse 2. Die Aufnahmemittel, zwischen denen die zu prüfende Schraube 3 während des
Zugversuchs gehalten ist, umfassen – als wesentliche Bestandteile – einen
mit der unteren Traverse 1 fest verbundenen unteren Glockenkörper 4 und
einen nur während
des Zugversuchs mit der oberen Traverse 2 verschraubten,
mobilen oberen Glockenkörper 5.
Ein mit dem unteren Glockenkörper 4 verschraubter
unterer Gewindebolzen 6 ist durch eine trapezförmige Öffnung 7 in
der untere Traverse 2 hindurch gesteckt und an der gegenüberliegenden Seite über eine
untere Zentrierscheibe 8 und einen Gewindering 9 gehalten.
Zum Auffangen eines seitlichen Schubes während des Zugversuchs dienen
in die trapezförmige Öffnung 7 eingelegte
keilförmige Passstücke (nicht
dargestellt). Zwischen dem unteren Glockenkörper 4 und der unteren
Traverse 1 befindet sich eine Druckplatte 19 aus
weichem Stahl zum Abfangen von Druckschlägen beim Bruch der Probe während des
Zugversuchs.
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An
der oberen Traverse 1 ist ein Haltering 11 mit
Außengewinde 12 für den oberen
Glockenkörper 5 angebracht.
Der Haltering 11 ist – analog
zu der Befestigung des unteren Glockenkörpers 4 – über einen in
einer trapezförmigen Öffnung 12 angeordneten oberen
Gewindebolzens 13, einen oberen Gewindering 14,
einen oberen Zentrierring 15 und eine obere Druckplatte 16 an
der oberen Traverse 1 befestigt. Der obere Glockenkörper 5 weist
ein dem Außengewinde 12 entsprechendes
Innengewinde 17 auf und kann daher mit dem Haltering 11 verschraubt
werden. Der obere und der untere Glockenkörper 4, 5 weisen
jeweils eine axiale Bohrung 18 bzw. 19 und einen
an diese anschließenden
Hohlraum 20 bzw. 21 auf. Der Hohlraum 20, 21 ist
auf der Seite der Bohrung 18, 19 ballig (konkav)
ausgebildet.
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Im
vorliegenden Fall soll eine Schraube 3, die einen Schaft 22 mit
60 mm Durchmesser und einen Schraubenkopf 23 aufweist,
geprüft
werden. Im Hohlraum 21 des unteren Glockenkörpers 4 befindet sich
ein zur Bohrung 19 hin ballig geformtes Passstück 24 mit
einem auf die Schraube 3 abgestimmten Innengewinde, während in
dem Hohlraum 20 des oberen Glockenkörpers 5 eine zur Bohrung 18 hin ballig
geformte Unterlegscheibe 25 und eine Keilscheibe 26 angeordnet
sind. Aufgrund der balligen Ausführung
der Hohlräume 20, 21 sowie
der Unterlegscheibe 25 und des Passstückes 24 kann sich
die zu prüfende
Schraube 3 in der Aufnahmevorrichtung selbst zentrieren.
Die Keilscheibe 26 dient zur Durchführung eines gemäß der Norm
vorgeschriebenen Schrägzugversuches.
Es können
Keilscheiben 26 mit einem den jeweiligen Anforderungen
unterschiedlichen Neigungswinkel von 4°, 6° oder 10° eingesetzt werden. An der Unterseite
der Keilscheibe 16 befinden sich zwei senkrecht abstrebende
Bolzen (nicht dargestellt), die mit (nicht dargestellten) Bohrungen im
Glockenkörper
(5 korrespondieren. Dadurch kann die beim Zugversuch in
dem geschlossenen oberen Glockenkörper 5 nicht mehr
sichtbare Keilscheibe 26 in einer bestimmten Position im
Glockenkörper 5 und zum
Schraubenkopf 23, dessen Lage durch eine Markierung am
Schaft 22 kontrolliert wird, fixiert werden. (Anstelle
der hier dargestellten Schraube 3 kann der Zugversuch mit
der vorliegenden Vorrichtung auch bei einem Gewindebolzen durchgeführt werden.
In diesem Fall ist auch der obere Gewindeabschnitt des Bolzens mit
einem Passstück 24 verschraubt.)
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Die
manuelle Handhabung des oberen Glockenkörpers 5, der aus Sicherheitsgründen sehr kompakt
und stabil ausgebildet ist und demzufolge ein hohes Gewicht aufweist
und nach dem Einlegen der zu prüfenden
Schraube mit dem an der oberen Traverse 1 befestigten Haltering 11 verschraubt
werden muss, erfolgt mit Hilfe einer auf den unteren Glockenkörper 4 aufgesetzten
Hebevorrichtung 27. Die mobile Hebevorrichtung 27 besteht überwiegend
aus einem vergleichsweise leichten Werkstoff, zum Beispiel Aluminium,
und kann daher problemlos vor dem Zugversuch auf den unteren Glockenkörper 4 aufgesetzt
und nach dem Einhängen
der Schraube 3 und der Befestigung des oberen Glockenkörpers 5 wieder entfernt
werden.
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Die
Hebevorrichtung 27 umfasst eine Bodenplatte 28 mit
auf dieser befestigten Führungssäulen 29 sowie
eine Kopfplatte 30, die an den Führungssäulen 29 geführt ist
und mittels die Führungssäulen 29 umgebenden
Druckfedern 31 auf der Bodenplatte 28 federelastisch
abgestützt
ist. Unterhalb der Kopfplatte 30 sind die Führungssäulen 29 von
einem fest mit der Kopfplatte 30 verbundenen Führungsbock umgeben,
während
oberhalb der Kopfplatte 30 die Führungssäulen 29 umfassende
und mittels Klemmschrauben 32 an diesen in unterschiedlicher
Höhe arretierbare
Klemmböcke 33 angeordnet
sind und am freien Ende der Führungssäulen 29 Anschlagringe 34 angebracht
sind. Durch das Arretieren der Kopfplatte 30 in einer bestimmten
Höhe an
den Führungssäulen 29 kann
die auf die Kopfplatte 30 wirkende Federkraft bzw. die
Größe der von
der Kopfplatte 30 auf den oberen Glockenkörper 5 ausgeübte Federkraft
eingestellt werden. Die Anschlagringe 34 verhindern in
jedem Fall, dass die Kopfplatte 30 über das Ende der Führungssäulen 29 hinaus
gedrückt wird.
An der Unterseite der Kopfplatte 30 sind Höhendistanzhülsen 35 befestigt,
die das Herunterdrücken der
Kopfplatte 30 unter Belastung durch den oberen Glockenkörper 5 begrenzen.
Die Länge
der Höhendistanzhülsen 35 kann
in Abhängigkeit
von der Dimensionierung der zu prüfenden Schrauben 3 und der
oberen Glockenkörper 5 variieren.
In die Kopfplatte 30 sind Kugelbuchsen 36 mit
in diesen beweglich gelagerten Kugeln 37 eingesetzt. Dadurch
ist es ohne Anstrengung möglich,
den an einer umlaufenden Führungskante 38 geführten Glockenkörper 5 auf
der Kopfplatte 30 zu drehen, während er gleichzeitig aufgrund
der auf die Kopfplatte 30 ausgeübten Federkraft an den Haltering 11 gedrückt wird
und somit leicht auf den Haltering 11 aufgeschraubt werden kann.
Die Bodenplatte 28 hat an der Unterseite eine kreisförmige Ausnehmung 39,
um die Haltevorrichtung zentrisch auf den unteren Glockenkörper 4 aufsetzen
zu können.
In der Bodenplatte 28 und in der Kopfplatte 30 befinden
sich von einer Seitenkante ausgehende und bis über die Mitte reichende deckungsgleiche
Schlitze 40 und 41, deren Breiten größer als
der Schaftdurchmesser der Schraube 3 ist. Dadurch kann
die Hebevorrichtung 27 während des Zugversuchs abgenommen
werden und anschließend
zum Abschrauben und Absenken des oberen Glockenkörpers 5 und zu dessen
erneutem Anheben und Anschrauben wieder aufgesetzt werden. Nach Beendigung
des Zugversuchs und Lösen
und Absenken des oberen Glockenkörpers 5 werden
die beiden getrennten Probestücke
entfernt. Für
einen erneuten Zugversuch wird eine neue Schraube 3 von
oben durch den freien oberen Glockenkörper 5, die Bohrung
in der Keilscheibe 26, die Unterlegscheibe 25, die
Bohrung 18, die Schlitze 40, 41 und die
Bohrung 19 in den unteren Glockenkörper 4 eingeführt und
in dem Passstück 24 verschraubt.
Die untere Traverse 2 wird jetzt nach oben gefahren, und
zwar bis der obere Glockenkörper 5 den
Haltering 11 unter Federdruck kontaktiert. Anschließend wird
der auf den Kugeln 37 gelagerte obere Glockenkörper 5 unter
anfänglicher
Federkraftunterstützung
auf den Haltering 11 aufgeschraubt. Die Schraube 3,
die beispielsweise einen Durchmesser von 60 mm hat, ist jetzt an
den Enden in geschlossenen Glockenkörpern allseitig geschützt gehalten,
so dass der Zugversuch gefahrlos durchgeführt werden kann.
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- 1
- obere
Traverse
- 2
- untere
Traverse
- 3
- Schraube,
Probe
- 4
- Unterer
(fester) Glockenkörper
- 5
- Oberer
(mobiler) Glockenkörper
- 6
- Unterer
Gewindebolzen
- 7
- Trapezförmige Öffnung in 1
- 8
- Untere
Zentrierscheibe
- 9
- Unterer
Gewindering
- 10
- Untere
Druckplatte
- 11
- Haltering
v. 5
- 12
- Außengewinde
v. 11
- 13
- Oberer
Gewindebolzen
- 14
- Oberer
Gewindering
- 15
- Obere
Zentrierscheibe
- 16
- Obere
Druckplatte
- 17
- Innengewinde
v. 5
- 18
- Bohrung
von 5
- 19
- Bohrung
von 4
- 20
- Hohlraum
v. 5
- 21
- Hohlraum
v. 4
- 22
- Schaft
- 23
- Schraubenkopf
- 24
- Passstück in 21
- 25
- Unterlegscheibe
- 26
- Keilscheibe
- 27
- Mobile
Hebevorrichtung
- 28
- Bodenplatte
- 29
- Führungssäulen
- 30
- Kopfplatte
- 31
- Druckfedern
- 32
- Klemmschrauben
- 33
- Klemmscheiben
- 34
- Anschlagringe
- 35
- Höhendistanzhülsen
- 36
- Kugelbuchsen
- 37
- Kugeln
- 38
- Umlaufende
Führungskante
v. 30
- 39
- Kreisförmige Ausnehmung
in 28
- 40
- Schlitz
in 28
- 41
- Schlitz
in 30