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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulische Spannvorrichtung zum Spannen
von Schrauben mit einem zweiteilig ausgebildeten, mit einer zu spannenden
Schraube verbindbaren Zugelement.
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Die
Schraube ist das am häufigsten
und vielfältigsten
eingesetzte Maschinen- und Verbindungselement. Bei vorgespannten
Verbindungen sind die Schrauben vor dem Angreifen einer Betriebskraft
durch eine Vorspannkraft bereits belastet, d. h. vorgespannt.
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Zum
Einbringen der Vorspannkraft bedient man sich verschiedener Verfahren,
die bei der Auslegung der Schraubverbindung bereits berücksichtigt
werden müssen.
Um eine optimale Werkstoffausnutzung der Schraubverbindung zu erzielen
und dabei Reibungseinflüsse
und Verdrehbeanspruchungen zu vermeiden, gewinnt das rein axiale
Einbringen der Vorspannkraft zunehmend an Bedeutung. Die zum axialen
Einbringen der Vorspannkraft verwendeten Werkzeuge bezeichnet man
als Schraubenspannvorrichtungen. Als Maschinenelement angewandt,
spricht man auch von der Hydraulikmutter.
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Durch
das reibungsfreie Vorspannen der Schraubenverbindungen wird insbesondere
bei Feingewinden und austenitischen Werkstoffen die Gefahr des so
genannten Fressens des Gewindes nahezu ausgeschlossen. Da die Vorspannkraft
nur noch axial aufgebracht wird und nicht mehr durch Drehen der
Mutter, wird die Schraube nicht mehr auf Verdrehung beansprucht.
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Soll
die bei der Auslegung der Verbindung errechnete Vorspannkraft mit
einer Schraubenspannvorrichtung eingebracht werden, so werden ggf.
zunächst
die Haltemutter und dann das Zugelement der Schraubenspannvorrichtung
auf das vorzuspannende Schraubengewindeende aufgeschraubt. Nach
dem Anschluss an einen Druckerzeuger wird mittels Hydraulikdruck
die er rechnete Vorspannkraft eingebracht. Bei Erreichen der gewünschten
Vorspannkraft wird, sofern es sich nicht um eine Hydraulikmutter
handelt, die Haltemutter bis zur Anlage beigedreht. Die Schraubenspannvorrichtung
kann sodann, sofern es sich nicht um eine an dem Schraubengewinde
verbleibende Hydraulikmutter handelt, abgenommen und auf die nächste Schraube
aufgesetzt werden.
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Hydraulikmuttern
bieten einen Zeitvorteil bei der Montage und Demontage von Maschinenteilen
und werden insbesondere zum Aufziehen von Lagern, zum Klemmen von
rotierenden Bauteilen oder zum Vorspannen von schwerzugänglichen
Schrauben eingesetzt. Je nach Einsatzfall werden Hydraulikmuttern
mit Dauerdruck beaufschlagt, mechanischer Konterung oder temporärer Druckbeaufschlagung
konzipiert
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Insbesondere
bei langen Gewindestangen ist das Aufdrehen des Zugelementes zeitaufwendig.
Darüber
hinaus kann es beim Aufdrehen des Zugelementes in Folge von Verschmutzungen
des Gewindes zu Gewindebeschädigungen
kommen.
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Aus
der
DE 1 299 573 A ist
bereits eine gattungsgemäße Schraubenspannvorrichtung
zum Spannen von Schrauben mit einem dort als Vorspannmutter bezeichneten
Zugelement bekannt, wobei die Vorspannmutter axial in zwei Hälften unterteilt
ist. Durch die axiale Teilung des Zugelementes soll der langwierige
Vorgang des Aufschraubens des Zugelementes verkürzt werden. Die beiden Hälften des
Zugelementes sind nach außen
mit Hilfe zweier Spiralfedern belastet und gegen die Kraft der beiden
Federn um das Gewindeende der Schraube oder des Bolzens mit Hilfe
von zwei in Radialzylindern geführten
Kolben hydraulisch verspannbar. Die beiden Hälften des Zugelementes liegen
in einer Ausnehmung eines Körpers
der Spannvorrichtung. Die beiden ebenfalls in dem Körper in
Radialzylindern geführten
Kolben drücken
von außen
gegen die beiden Hälften des
Zugelementes. Dabei wird das Zugelement mit seinen beiden Hälften in
das Profil des Gewindeendes eingedrückt, was gegen die Vorspannung
der beiden Spiralfedern erfolgt. Nach dem Verspannen wird der das Zugelement
und die Radialzylinder aufnehmende Körper mit Hilfe von ebenfalls
in dem Körper
angeordneten, in Vorspannzylindern geführten Kolben hochgedrückt. Durch
Beaufschlagen dieser Kolben mit unter Hochdruck stehendem Pressöl wird die
hydraulische Vorspannung auf die Schraube bzw. den Bolzen aufgebracht. Um
sowohl die Radialzylinder als auch die Vorspannzylinder mit Pressöl zu versorgen,
sind an der Spannvorrichtung zwei Anschlüsse für jeweils eine Pressölpumpe angeordnet.
Von einem der Anschlüsse
gehen Hochdruckleitungen zu den mehreren Vorspannzylindern, während von
dem anderen Anschluss weitere Hochdruckleitungen an die beiden Radialzylinder
geführt
sind.
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Da
das zweiteilige Zugelement lediglich in die Ausnehmung des Körpers eingelegt
ist, und zudem die Spiralfedern keine exakte Führung der beiden Hälften des
Zugelementes gegeneinander bewirken kann es passieren, dass die
Hälften
des Zugelementes nicht präzise
in das Profil des Gewindeendes der Schraube bzw. des Bolzens eingreifen,
wodurch im ungünstigsten
Fall das Gewinde beschädigt
werden kann.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht in ihrem recht
komplexen Aufbau. Sie verfügt über mehrere
Spann- sowie zwei
Radialkolben. Schließlich
ist eine Vielzahl von Hydraulik-Schläuchen erforderlich, die zu
den einzelnen Zylinderräumen
der Radial- und Spannkolben führen.
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Um
das Problem der vielen Schläuche
und Anschlussstellen zu lösen,
wird in der
DE 1 300
467 A , die ebenfalls eine Schrau benspannvorrichtung mit
mehreren Vorspannzylindern sowie einem zweiteiligen Zugelement offenbart,
vorgeschlagen, dass in dem Spannring der Vorrichtung eine Ringnut
vorgesehen ist, durch die das hydraulische Druckmittel über Abzweigungen
und durch die Kolbenstangen der mehreren Vorspannzylinder in deren
Zylinderraum gelangt. Die Radialzylinder zur Betätigung der beiden Hälften des
Zugelementes werden pneumatisch betätigt, während die Vorspannzylinder
mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt werden. Insoweit sind
gesonderte Schlauchanschlüsse
für die
beiden Radialzylinder vorgesehen, über die die Druckluft zugeführt wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Schraubenspannvorrichtung zu schaffen, die ein rasches Anbringen
des Zugelementes bei gleichzeitig reduziertem Risiko einer Gewindebeschädigung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Schraubenspannvorrichtung der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Spannvorrichtung einen in einem Zylinder in Richtung der
Zylinderachse beweglich geführten
Kolben zur axialen Bewegung des Zugelementes aufweist, dass das
Zugelement ein bewegliches Teil und ein feststehendes Teil aufweist,
wobei das bewegliche Teil des Zugelementes in Richtung der Zylinder-
und Bewegungsachse radial verschieblich geführt und in mindestens einer
Lage feststellbar ist.
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Durch
die mehrteilige Ausbildung des Zugelementes sowie die bewegliche
Anordnung eines der Teile in Richtung der Gewindestange und von
der Gewindestange weg, kann das Zugelement ohne Gewindeeingriff von
dessen Innengewinde zunächst über die
Gewindestange geschoben und erst sodann in der gewünschten Position
in Eingriff gebracht werden. In der Eingriffsstellung des mehrteiligen
Zugelementes ist das bewegliche Teil in seiner Lage feststellbar.
Zum Feststellen des beweglichen Teils kommt bevorzugt ein in radialer
Richtung zur Zylinder- und
Bewegungsachse wirksamer Klemmkolben zum Einsatz, der insbesondere
mit Hydraulikflüssigkeit
mit Dauerdruck beaufschlagt wird.
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In
konstruktiv vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen der
Klemmkolben und der Kolben zur axialen Bewegung des Zugelementes
einen gemeinsamen Hydraulikversorgungsanschluss auf, der mit einer Hydraulikflüssigkeitsversorgung über eine
Hochdruckpumpe verbindbar ist. In dem bei einer derartigen Spannvorrichtung
mittels einer Ventilsteuerung zunächst der Klemmkolben und nach
Aufbau eines vorgegebenen Mindestdrucks der Kolben zur axialen Bewegung
des Zugelements mit Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt wird, ist gewährleistet,
dass eine Zugkraft auf die Gewindestange erst dann ausgeübt wird,
wenn der Klemmkolben vollständig
ausgefahren und in Folge dessen sämtliche Zugelemente die Gewindestange
sicher mit ihren Innengewinden erfasst haben.
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Da
der Klemmkolben aus konstruktiven Gründen vorzugsweise nur einseitig
mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar
ist, ist das bewegliche Teil des Zugelementes vorzugsweise mit einem
mechanischen Rückholelement
verbunden, so dass bei druckfreien Klemmkolben das bewegliche Teil
des Zugelementes in radialer Richtung zur Zylinder- und Bewegungsachse
nach außen
zurückbewegt
wird. Das Rückholelement
kann beispielsweise als ein in dem beweglichen Teil des Zugelementes
verankerter Führungsbolzen
ausgeführt sein,
der von einer Rückhubfeder
beaufschlagt wird. Die Rückhubfeder
findet ihr Widerlager in dem das Zugelement umgebenden Zylinderkörper.
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Die
vorstehend beschriebene hydraulische Spannvorrichtung lässt sich
nicht nur als Hydraulikmutter, sondern auch als Hydraulikspannvorrichtung
zum Herstellen von Schraubverbindungen mit einer Mutter einsetzen,
wenn in Zugrichtung unterhalb der Hydraulikspannvorrichtung eine
Stützhülse angeordnet
ist, in der eine Nuss zum Beidrehen der auf die Schraube aufgedrehten
Mutter drehbar gelagert ist, wobei die Nuss mittels einem durch
eine Öffnung
in der Stützhülse wirksamen
Antrieb drehbar ist. Der Antrieb kann händisch mittels eines in die
Nuss radial einsteckbaren Stiftes erfolgen. Alternativ besteht die
Möglichkeit,
die Nuss mit einer Außenverzahnung
mit einem Getriebeantrieb zu versehen, so dass die Mutter automatisch
beigedreht werden kann.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schraubenspannvorrichtung
- a) in Aufsicht
- b) als Schnittdarstellung längs
der Linie A-A
- c) als Schnittdarstellung längs
der Linie B-B sowie
- d) als Ansicht in Richtung des Pfeils x,.
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Die
Schraubenspannvorrichtung gemäß 1 besteht aus einer Stützhülse (2), die sich
auf einem Flansch (3) der zu verspannenden Schraubverbindung
abstützt.
Von der Schraubverbindung ist lediglich ein Teil der Gewindestange
(4) und die beizudrehende Mutter (5) dargestellt.
Das Beidrehen der Mutter (5) erfolgt mit Hilfe von radialen
Bohrungen in einer Nuss (18), in die ein Stab zum Beidrehen
der Mutter einführbar
ist. Alternativ besitzt die Nuss (18) eine Außenverzahnung
mit einem Getriebeantrieb.
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Auf
der Stützhülse (2)
befindet sich ein Hochdruck-Kolben (6), der in einem Zylinder
(7) in Richtung der Achse (8) beweglich geführt ist.
Der zwischen dem Hochdruck-Kolben (6) und dem Zylinder
(7) gebildete Kolbenraum (9) ist mittels umlaufenden
Nutendichtringen (10), die über Stützringe (11) abgestützt sind,
abgedichtet. Der den Zylinder (7) ausbildende Zylinderkörper (12)
nimmt das mehrteilige Zugelement (13a, b) auf. Der im Bild
links dargestellte Teil (13a) des Zugelementes (13)
ist mit dem Zylinderkörper
(12) fest verbunden, während
das im Bild rechts dargestellte Teil (13b) des Zugelementes
in Bezug auf die Achse (8) radial verschieblich angeordnet
ist. In Lang-Löchern
des Teiles (13b) des Zugelementes (13) geführte Passschrauben sorgen
für die
erforderliche Führung
(vgl. 1a)).
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Zum
Verschieben des Teils (13b) des Zugelementes steht dieses
mit einem mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren
Klemmkolben (14) in Verbindung, der in einem in dem Zylinderkörper (12)
ausgebildeten, quer liegenden Klemmkolbenzylinder (15)
verschieblich angeordnet ist. Der Klemmkolbenzylinder (15)
steht über
eine Leitung (16) mit einem Anschlussstück (17) für eine nicht
dargestellte Hochdruck-Versorgung für Hydraulikflüssigkeit
in Verbindung. Gelangt nun über
das Anschlussstück
(17) Hochdruckflüssigkeit
in den Klemmkolbenzylinder (15) bewegt sich der Klemmkolben
(14) in seine vordere Endlage und drückt dabei das Zugelement (13b)
gegen die Gewindestange (4) und das gegenüberliegende
Teil 13a des Zugelementes (13). Das Außengewinde
der Gewindestange (4) wird dabei von den korrespondierenden
Innengewinden (19a, 19b) der Teile (13a, 13b)
des Zugelementes aufgenommen. Nach Erreichen eines Mindestdruckes
in dem Klemmkolbenzylinder (15) öffnet das Folgeventil (20)
und die Hydraulikflüssigkeit
gelangt über
die weitere Leitung (21) in den Zylinderraum (9)
der Spannvorrichtung. Die Folgeventilsteuerung bewirkt daher, dass
eine Ausübung
der Zugkraft auf die Gewindestange (4) erst dann stattfindet,
wenn der Klemmkolben (14) vollständig ausgefahren und in Folge
dessen die beiden Zugelemente (13a, 13b) die Gewindestange
(4) vollständig
erfasst haben. Ferner kommuni ziert die Leitung (21) mit
einer Entlüftung
(22) für
die Hydraulikflüssigkeit.
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Um
die Hydraulikspannvorrichtung wieder zu lösen, wird der Druck aus dem
Klemmkolbenzylinder (
15) abgelassen. Der Teil (
13b)
des mehrteiligen Zugelementes wird mittels eines Führungsbolzens
(
23), der von einer Rückhubfeder
(
24) betätigt
wird, in seine geöffnete
Position zurückgefahren.
Der Führungsbolzen (
23)
ist in dem Teil (
13b) des mehrteiligen Zugelementes (
13)
fest verankert. Bezugszeichenliste:
| Nr. | Bezeichnung |
| 1 | - |
| 2 | Stützhülse |
| 3 | Flansch |
| 4 | Gewindestange |
| 5 | Mutter |
| 6 | Kolben |
| 7 | Zylinder |
| 8 | Achse |
| 9 | Zylinderraum |
| 10 | Nutendichtring |
| 11 | Stützring |
| 12 | Zylinderkörper |
| 13a,
b | Teile
des Zugelementes 13 |
| 14 | Klemmkolben |
| 15 | Klemmkolbenzylinder |
| 16 | Leitung |
| 17 | Anschlussstück |
| 18 | Nuss |
| 19a,
b | Innengewinde |
| 20 | Folgeventil |
| 21 | Leitung |
| 22 | Entlüftung |
| 23 | Führungsbolzen |
| 24 | Rückhubfeder |