DE102005059938A1

DE102005059938A1 - Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102005059938A1
Application number: DE102005059938A
Authority: DE
Inventors: Joerg Hohmann; Frank Hohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: US8033000B2; WO2007068392A1; DE102005059938B4; US20080286069A1

Abstract

Schraubverbindung aus einem Gewindebolzen, einer Mutter und einer zwischen der Mutter und einer Fläche eines zu spannenden Bauteils angeordneten Unterlegscheibe, deren Außenumfang zum formschlüssigen Eingriff eines Haltewerkzeugs ausgebildet ist und in der ein Messelement zum Messen der durch das Spannen der Schraubverbindung bewirkten Druckkraft angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung aus einem Gewindebolzen, einer Mutter und einer zwischen der Mutter und einer Fläche eines zu spannenden Bauteils angeordneten Unterlegscheibe.
Derartige Schraubverbindungen, bei denen an der Unterlegscheibe ein Haltewerkzeug und an der Mutter ein Drehwerkzeug angreift, sind in den EP 0 988 935 A2 , EP 1 080 847 A2 und EP 1 435 279 A1 beschrieben.
Gemäß der EP 0 988 935 A2 besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewindebolzen und der Unterlegscheibe, während gemäß der EP 1 435 279 A1 eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Gewindebolzen und der Unterlegscheibe vorgesehen ist. Zusätzlich kann gemäß der EP 0 988 935 A2 noch ein weiteres, mit dem ersten verbundenes Haltewerkzeug am Gewindebolzen formschlüssig angreifen. Demgegenüber besteht bei der Schraubverbindung gemäß der EP 1 080 847 A2 keine Verbindung zwischen dem Gewindebolzen und der Unterlegscheibe, jedoch greifen untereinander verbundene Haltewerkzeuge sowohl an der Unterlegscheibe als auch am Gewindebolzen formschlüssig an.
Diesem Stand der Technik ist gemeinsam, dass sich das Haltewerkzeug sowohl an der Unterlegscheibe als auch direkt und/oder indirekt am zu spannenden Gewindebolzen abstützt, der somit die beim Anziehen der Mutter zum Anziehmoment entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft des Schraubwerkzeugs aufnimmt.
Die reibschlüssige Verdrehsicherung der Unterlegscheibe gegenüber dem Gewindebolzen gemäß der EP 1 435 279 A1 kann zu Beschädigungen am Gewinde des Gewindebolzens und damit zu einer verfrühten Ermüdung führen. Des Weiteren ist die Unterlegscheibe in spezieller Weise ausgebildet, wodurch die Herstellung aufwendig ist.
Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Gewindebolzen und der Unterlegscheibe gemäß der EP 0 988 935 A2 erfordert eine entsprechende Ausbildung des Gewindebolzens, der unterhalb des Gewindeteils mit einer oder mehreren Längsnuten versehen sein muss, in die entsprechende Elemente der Unterlegscheibe eingreifen. Hierdurch wird die Herstellung der Gewindebolzen und Unterlegscheiben aufwendiger und die Dauerfestigkeit des Gewindebolzens kann beeinträchtigt sein.
Wenn zusätzlich noch gemäß der EP 0 988 935 A2 und der EP 1 080 847 A2 ein formschlüssiger Eingriff am Gewindebolzen mittels eines mit dem mit der Unterlegscheibe in Eingriff befindlichen Haltewerkzeug verbundenen Haltewerkzeug erfolgt, wird die Anordnung noch komplizierter und aufwendiger.
Die Schraubenvorspannkraft wird bei diesen bekannten Schraubverbindungen durch Messung des auf die Mutter aufgebrachten Drehmoments ermittelt, jedoch ist diese Messung äußerst ungenau, da die Reibungsverhältnisse in der Schraubverbindung bekanntermaßen innerhalb weiter Bereiche schwanken können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schraubverbindung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, nur ein einfach gebautes Schraubwerkzeug erfordert und eine genaue Messung der Schraubenvorspannkraft durchzuführen erlaubt.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird eine Schraubverbindung aus einem Gewindebolzen, einer Mutter und einer zwischen der Mutter und einer Fläche eines zu spannenden Bauteils angeordneten Unterlegscheibe vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß der Außenumfang der Unterlegscheibe zum formschlüssigen Eingriff eines Haltewerkzeugs ausgebildet ist und in der ein Messelement zum Messen der durch das Spannen der Schraubverbindung bewirkten Druckkraft angeordnet ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die am Gewindebolzen wirkende Schraubenvorspannkraft und die auf die Fläche des zu spannenden Bauteils wirkende, durch die Unterlegscheibe übertragene Kraft entgegengesetzt gleich gerichtet sind, dass sie aber mit einem unterschiedlichen Radius wirken, so dass das zwischen der Unterlegscheibe und der Fläche des spannenden Bauteils wirkende Reibmoment größer ist als das zwischen dem Gewinde des Gewindebolzens und der Mutter wirkende Reibmoment, während sich das von der Mutter auf die Unterlegscheibe wirkende Reibmoment und dieser Anteil des auf die Unterlegscheibe wirkenden Reaktionsmoment gegenseitig aufheben. Daher genügt es, ein mit einem Gehäuse einer Schraubvorrichtung verbundenes Haltewerkzeug mit der Unterlegscheibe in formschlüssigen Eingriff zu bringen und die Mutter mittels eines mit der Mutter in formschlüssigen Eingriff gebrachten Drehwerkzeugs der Schraubvorrichtung zu drehen. Das Gehäuse der Schraubvorrichtung bleibt dann zusammen mit der Unterlegscheibe stehen, da das beim Drehen der Mutter entstehende Reaktionsmoment vom Gehäuse über die Unterlegscheibe in das zu spannende Bauteil geleitet wird, ohne dass eine Abstützung des Gehäuses am Gewindebolzen oder anderweitig erforderlich ist. Durch das in der Unterlegscheibe angeordnete Messelement lässt sich die Schraubenvorspannkraft direkt messen, da die auf die Unterlegscheibe wirkende, von der Mutter ausgeübte Druckkraft direkt proportional zur Schraubenvorspannkraft ist, ohne dass dabei irgendwelche Reibungseinflüsse auftreten oder zu berücksichtigen sind.
Wenn der Außenumfang der Unterlegscheibe als Polygonprofil, insbesondere als Außen-Sechskant ausgebildet ist, lässt sich das Messelement von einer Anflächung aus eingesenkt anordnen und ist dadurch gegen Beschädigungen durch das Haltewerkzeug geschützt.
Die durch das Messelement erzeugten Messsignale können über eine Kabelverbindung oder ohne Kabelverbindung induktiv oder mittels einer Funkverbindung an ein Auswerte- und Anzeigegerät übertragen werden.
Vorzugsweise kann das Messelement als Messbrücke mit einem Dehnungsmessstreifen oder einer Induktivität oder einer Kapazität als Messteil ausgebildet sein.
Um beim Aufschrauben der Mutter von Anfang an ein ausreichendes Reibmoment der Unterlegscheibe gegenüber dem zu spannenden Bauteil zu erreichen, kann die Unterlegscheibe eine gegen die Fläche des zu spannenden Bauteils gerichtete Verdrehsicherung aufweisen.
Diese Verdrehsicherung kann beispielsweise aus wenigstens einem in eine Bohrung in der Unterlegscheibe geführten Stift bestehen, auf dessen eines Ende eine Druckfeder wirkt und dessen anderes Ende scharf zugespitzt ist.
Des Weiteren kann die Verdrehsicherung auch aus mehreren in Nuten in der Unterlegscheibe angeordneten, durch Federkraft beaufschlagten Ringsegmenten bestehen.
Die auf den Stift oder die Ringsegmente wirkende Federkraft kann vorteilhafterweise wenigstens teilweise durch wenigstens ein mit der Mutter zusammenwirkendes, über die der Mutter zugekehrte Fläche der Unterlegscheibe hinaus ragendes, verschiebbares Druckelement beim Aufschrauben der Mutter erhöht werden.
Eine weitere, einfache Verdrehsicherung kann aus wenigstens einem, beim Spannen der Schraubverbindung in die Fläche eingedrückten, zugespitzten Vorsprung, vorzugsweise aus einer Planverzahnung, bestehen.
Die erfindungsgemäße Schraubverbindung lässt sich vorzugsweise mit einer üblichen einfachen, auf den Gewindebolzen aufzuschraubenden Mutter verwenden, wenn das beim Anziehen der Mutter auf den Gewindebolzen wirkende, durch die Gewindereibung übertragende Torsionsmoment in Kauf genommen werden kann. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die erfindungsgemäße Schraubverbindung zum torsionsentlasteten Anziehen der Schraubverbindung zu verwenden, beispielsweise wenn gemäß der EP 0 988 935 A2 ein Haltewerkzeug in formschlüssige Verbindung mit dem Gewindeende des Gewindebolzens gebracht wird, oder wenn gemäß der EP 1 080 847 A2 eine Doppelmutter verwendet wird, wovon die Innenmutter in formschlüssiger Verbindung mit der Unterlegscheibe steht und durch das Haltewerkzeug gehalten wird, während die Außenmutter durch das Drehwerkzeug gedreht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des Näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine vollständige Schraubverbindung mit einer Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Verdrehsicherung in der Unterlegscheibe, die im Übrigen zur Hälfte in einer Seitenansicht gezeigt ist und
2 zwei weitere Ausführungsformen einer Verdrehsicherung in der Unterlegscheibe, wovon die zweite Ausführungsform im Schnitt und die dritte Ausführungsform in einer Ansicht dargestellt sind.
Von einem zu spannenden Bauteil 1 ist nur eine Bohrung 11 für einen Gewindebolzen 9 und eine Fläche 2, auf der eine Unterlegscheibe 10 aufliegt, dargestellt.
Auf das Gewindeende des Gewindebolzens 9 ist eine Mutter 3 aufgeschraubt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Bereich 4 und einen Bereich 5 mit Ausbildungen zum formschlüssigen Eingriff eines Mutterndrehwerkzeuges aufweist. Die Mutter 3 ist auf das Gewindeende 6 des Gewindebolzens 9 aufgeschraubt und besitzt am zur Unterlegscheibe 10 gewandten Ende eine kegelige Ausdrehung 7 sowie eine wenigstens einen Gewindegang frei lassende Ausdrehung 8, die dazu dienen, die Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge zu verteilen.
Die Unterlegscheibe 10 ist ebenfalls mit Ausbildungen zum formschlüssigen Eingriff eines Mutterndrehwerkzeugs versehen, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Anflächungen 12 eines Außen-Sechskants. Versenkt im Bereich einer Anflächung 12 ist ein Messelement 14 angeordnet, mit dem sich die in der Unterlegscheibe 10 beim Anziehen der Mutter 3 entstehende Druckkraft messen lässt. Diese Druckkraft entspricht der auf den Gewindebolzen 9 aufbrachten Schraubenvorspannkraft, die durch keinerlei Reibeinflüsse beeinträchtigt ist. Die vom Messelement 14 erzeugten Messsignale lassen sich über eine Schnittstelle 15 auf eine nicht dargestellte Auswerte- und Anzeigevorrichtung übertragen. Die Schnittstelle 15 kann als Steckverbindung für eine Kabelverbindung zur Auswerte- und Anzeigevorrichtung ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, die Schnittstelle für eine induktive Übertragung oder eine Funkübertragung der Messwerte auszubilden. Die Schnittstelle 15 ist ebenso wie das Messelement 14 versenkt in einer Anflächung 12 der Unterlegscheibe 10 angeordnet und mit dem Messelement 14 in geeigneter Weise verbunden.
Da der mittlere Durchmesser der Unterlegscheibe 10 und damit das durch die auf die Scheibe 10 ausgeübte Druckkraft entstehende Reibmoment der Unterlegscheibe 10 gegenüber der Fläche 2 des zu spannenden Bauteils 1 größer als der Durchmesser des Gewindes 6 und somit größer als das im Gewinde 6 beim Anziehen der Mutter 3 entstehende Reibmoment ist, bleibt die Unterlegscheibe 10 beim Anziehen der Mutter 3 mittels einer geeigneten Schraubvorrichtung stehen, so dass es möglich ist, am Gehäuse der Schraubvorrichtung ein Haltewerkzeug undrehbar anzubringen, das mit dem Außen-Sechskant der Unterlegscheibe 10 in Eingriff gebracht wird, während ein Drehwerkzeug der Schraubvorrichtung mit der Mutter 3 in formschlüssigen Eingriff gebracht wird. Wenn der Schraubvorgang mittels der Schraubvorrichtung ausgelöst wird und die Mutter 3 die Unterlegscheibe 10 gegen die Fläche 2 presst, wird das Gehäuse der Schraubvorrichtung über die Unterlegscheibe 10 gegen Drehung gehalten, da die Unterlegscheibe 10 das zum Schraubmoment entgegengesetzt Reaktionsmoment des Gehäuses des Schraubgeräts aufnimmt und zum zu spannenden Bauteil 1 leitet, ohne dass dafür eine zusätzliche Drehmomentabstützung am zu spannenden Bauteil 1 oder am Gewindebolzen 9 erforderlich ist.
Um auch das Reaktionsmoment bereits aufzufangen, wenn die Mutter 3 nur geringfügig gegen die Unterlegscheibe 10 geschraubt ist, kann die Unterlegscheibe 10 eine Verdrehsicherung aufweisen, die beispielsweise gemäß 1 aus einem zugespitzten Stift 17 bestehen kann. Dieser zugespitzte Stift 17 ist einerseits in einem durchbohrten Stopfen 20 und andererseits über eine damit verbundene Druckplatte 18 in einer Bohrung 16 in der Unterlegscheibe 10 geführt und durch eine Druckfeder 19 beaufschlagt. Beim Aufsetzen der Unterlegscheibe 10 auf den Gewindebolzen 9 und im Kontakt mit der Fläche 2 des zu spannenden Bauteils 1 gräbt sich die Spitze des Stifts 17 in die Fläche 2 ein und bewirkt sofort eine Verdrehsicherung, die beim Festziehen der Mutter 3 durch die Reibwirkung zwischen der Unterlegscheibe 10 und der Fläche 2 so verstärkt wird, dass das Reaktionsmoment des Schraubgeräts vollständig von der Unterlegscheibe 10 aufgenommen und zum zu spannenden Bauteil 1 geleitet wird.
Die auf der rechten Seite der 2 dargestellte Ausführungsform entspricht hinsichtlich des zugespitzten Stifts und seiner Führung der in 1 dargestellten Ausführungsform, jedoch wirkt die Druckfeder 19 nicht unmittelbar auf einen Teil der Unterlegscheibe 10 sondern über eine Druckplatte 22 auf einen weiteren Stopfen 20, durch den ein Druckelement 21 in Form eines Stifts durch die der Mutter 3 zugewandten Fläche 13 geführt ist. Beim Aufschrauben der Mutter 3 trifft sie zuerst auf den Stift 21, drückt ihn in die Bohrung 16 in der Unterlegscheibe 10 hinein und verstärkt dadurch den Druck durch die Feder 19 auf den zugespitzten Stift 17, der somit mit einer erhöhten Federkraft in die Fläche 2 des zu spannenden Bauteils 1 eingedrückt wird.
Diese beiden dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils nur einen zugespitzten Stift 17 als Verdrehsicherung, jedoch ist es selbstverständlich möglich, in der Unterlegscheibe um ihre Bohrung herum mehrere derartige federbelastete Stifte 17 anzuordnen.
Eine weitere, einfache Verdrehsicherung ist auf der linken Seite der 2 dargestellt und besteht aus einer Planverzahnung 23 auf der Unterseite der Unterlegscheibe 10. Diese Planverzahnung 23 wird beim Anziehen der Mutter 3 in die Fläche 2 des zu spannenden Bauteils 1 eingedrückt und ergibt eine quasi formschlüssige Verbindung zwischen der Unterlegscheibe 10 und dem zu spannenden Bauteil 1, nachdem die Mutter 3 die erforderliche Schraubenvorspannkraft aufgebracht hat.

Claims

Schraubverbindung aus einem Gewindebolzen (9), einer Mutter (3) und einer zwischen der Mutter (3) und einer Fläche (2) eines zu spannenden Bauteils (1) angeordneten Unterlegscheibe (1), deren Außenumfang zum formschlüssigen Eingriff (12) eines Haltewerkzeugs ausgebildet ist und in der ein Messelement (14) zum Messen der durch das Spannen der Schraubverbindung bewirkten Druckkraft angeordnet ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 1, bei der der Außenumfang der Unterlegscheibe (10) als Polygonprofil (12) ausgebildet ist und zur Aufnahme des Messelements (14) eingesenkt ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 2, bei der die durch das Messelement (14) erzeugten Messsignale über eine Kabelverbindung (15), oder induktiv oder mittels einer Funkverbindung an ein Auswerte- und Anzeigegerät übertragen werden.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Messelement (14) als Messbrücke mit einem Dehnungsstreifen oder eine Induktivität oder einer Kapazität als Messteil ausgebildet ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Unterlegscheibe (10) eine gegen die Fläche (2) gerichtete Verdrehsicherung (17, 18, 19; 23) aufweist.
Schraubverbindung nach Anspruch 5, bei der die Verdrehsicherung aus wenigstens einem in einer Bohrung (16) in der Unterlegscheibe (10) geführten Stift (17) besteht, auf dessen eines Ende eine Druckfeder (19) wirkt und dessen anderes Ende scharf zugespitzt ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 5, bei der die Verdrehsicherung aus mehreren in Nuten in der Unterlegescheibe angeordneten, durch Federkraft beaufschlagten Ringsegmenten besteht.
Schraubverbindung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die auf den Stift (17) oder die Ringsegmente wirkende Federkraft wenigstens teilweise durch wenigstens ein mit der Mutter (3) zusammenwirkendes über die der Mutter (3) zugekehrte Fläche (13) der Unterlegscheibe (10) hinausragendes, verschiebbares Druckelement (21, 22) beim Aufschrauben der Mutter (3) erhöht wird.
Schraubverbindung nach Anspruch 5, bei der die Verdrehsicherung aus wenigstens einem, sich beim Spannen der Schraubverbindung in die Fläche (2) eindrückenden, zugespitzten Vorsprung (Planverzahnung 23) besteht.