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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Schraubverbindung mit einer hydraulischen Vorspanneinrichtung zum Aufbringen einer Zugkraft auf einen Gewindebolzen und einem Antriebselement zum Aufdrehen einer Mutter auf den Gewindebolzen.
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Derartige Spannvorrichtungen werden zum torsionsfreien und reibungsarmen Anziehen vorgespannter Schraubverbindungen eingesetzt. Durch eine hydraulische Vorspanneinrichtung kann dabei der Gewindebolzen gelängt und die Mutter anschließend mit Hilfe eines Antriebselements festgezogen werden.
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Aus der
DE 10 2007 015 975 A1 ist eine gattungsgemäße Spannvorrichtung bekannt, bei der die hydraulische Vorspanneinrichtung aus einem in einem Zylinder in Richtung der Zylinderachse beweglich geführten Ringkolben besteht. In dem Zylinder ist ein mehrteiliges Zugelement angeordnet, das über ein Innengewinde in Eingriff mit dem Außengewinde des Gewindebolzens einer zu verspannenden Schraubverbindung steht. In Zugrichtung unterhalb der hydraulischen Vorspanneinrichtung ist eine Stützhülse angeordnet, in der eine Nuss zum Anziehen einer auf der Gewindestange angeordneten Mutter drehbar gelagert ist. Die Drehung der Nuss zum Anziehen der Mutter erfolgt durch einen Stift, der durch entsprechende Durchbrüche in der Stützhülse eingesteckt wird und in radiale Bohrungen der Nuss eingreift. Alternativ kann die Nuss eine Außenverzahnung mit einem Gewindeantrieb aufweisen, durch den die Mutter automatisch beigedreht werden kann. Ein derartiger Antrieb ist jedoch relativ aufwändig und erfordert einen entsprechend großen Bauraum. Außerdem wird die Stabilität der Stützhülse durch die für den Antrieb der Nuss benötigten seitlichen Durchbrüche beeinträchtigt.
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In der
GB 1 467 230 ist eine Schraubenspannvorrichtung offenbart, die ein hülsenförmiges Abstützelement mit einer endseitigen Zugmutter zum Aufschrauben auf das Ende eines Gewindebolzens enthält. Durch das auf einer Unterlage abgedichtet aufliegende hülsenförmiges Abstützelement und die auf das Ende des Gewindebolzens aufgeschraubte Zugmutter wird eine von außen mit Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckkammer begrenzt. In der Zugmutter ist ein axial verschiebbarer und drehbarer Bolzen angeordnet, der eine endseitige Verzahnung zum Eingriff mit einer entsprechenden Gegenverzahnung eines Gewinderings an einer auf den Gewindebolzen aufgeschraubten Mutter enthält. Durch Beaufschlagung der Druckkammer mit Hydraulikfluid wird das hülsenförmige Abstützelement auf die Unterlage gedrückt und der Gewindebolzen gelängt. Gleichzeitig wird der mit der Verzahnung versehene Bolzen so beaufschlagt, dass die endseitige Verzahnung in Eingriff der Gegenverzahnung des Gewinderings gelangt. Durch Drehung des mit der Verzahnung versehenen Bolzens kann dann die Mutter gedreht und angezogen werden.
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Gegenstand der
DE 1 961 424 A ist eine hydraulische Vorrichtung zum Festspannen eines Bolzens gegen eine Unterlage unter Verwendung einer Mutter, in der mehrere über den Umfang verteilte Bohrungen mit darin axial verschiebbaren Kolben angeordnet sind. Die Kolben stehen gegenüber der Mutter nach unten vor und greifen in entsprechende Bohrungen eines zwischen der unteren Stirnfläche der Mutter und der Unterlage eingelegten Zwischenrings ein. Durch ein über einen Ölzuführungskanal in dem Zwischenring zugeführtes Hydrauliköl können die Kolben nach oben gegen Verschlussschrauben in den Bohrungen der Mutter gedrückt werden, wodurch der Bolzen gestreckt werden kann.
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Die
DE 26 38 688 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Auffädeln und gleichzeitigen Drehen der Mutter mehrerer Schraubenbolzen, bei welcher der Schraubenbolzen hydraulisch gespannt wird und die Drehung der Mutter durch einen in die Vorrichtung integrierten Elektromotor erfolgt.
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Aus der
DE 28 46 668 A1 ist eine Schraubenspannvorrichtung mit einem Tragring und einer aus Zylindern und hintereinandergeschalteten Kolben bestehenden Vorspanneinrichtung zum Recken eines Schraubbolzens bekannt. In dem Tragring ist ein Durchbruch für ein Antriebritzel vorgesehen, das durch einen außerhalb des Tragrings angeordneten Motor angetrieben wird und mit einer Verzahnung an der Außenseite einer auf dem Schraubbolzen angeordneten Mutter im Eingriff steht.
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Die
US 4 246 810 offenbart eine Schraubenspannvorrichtung, die ein auf den Schraubenbolzen aufsetzbares Gehäuse mit einem darin hydraulisch verschiebbaren Kolben enthält. Der Kolben weist an seiner Unterseite eine Gewindebohrung zum Aufschrauben auf das Ende des Schraubenbolzens auf. Innerhalb des Gehäuses ist ferner ein hydraulischer Drehantrieb mit einer am Gehäuse angeordneten stationären Schaufelanordnung und einer drehbaren Schaufelanordnung an der Außenseite einer auf die Mutter zu deren Drehung aufgesetzten Muffe untergebracht. Durch den hydraulischen Drehantrieb kann die Mutter gedreht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist und ein vereinfachtes Anziehen der Mutter ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist der Antrieb zur Drehung des Anzugselements in die Vorspanneinrichtung integriert. Es sind keine aufwändigen äußeren Antriebe oder durchgehende Öffnungen in der Stützhülse erforderlich, so dass eine äußerst kompakte und stabile Bauweise erreicht werden kann. Durch den in die Vorspanneinrichtung integrierten Antrieb kann das Anzugselement relativ einfach gedreht und dadurch die auf einem Gewindebolzen angeordnete Mutter angezogen werden. Außerdem kann die Spannvorrichtung durch die Integration des Antriebs innerhalb der Vorspanneinrichtung nahe an die Spannstelle herangeführt werden, wodurch sich eine höhere Flexibilität und ein erweitertes Einsatzgebiet ergibt. Die hydraulische Vorspanneinrichtung weist mehrere kreisförmig angeordnete, in Umfangsrichtung verteilte axiale Druckkolben auf, die in entsprechenden axialen Bohrungen eines Grundkörpers axial verschiebbar geführt und hydraulisch betätigbar sind. Der in die Vorspanneinrichtung integrierte Antrieb weist eine oder mehrere in axialen Durchgangsbohrungen eines Grundkörpers der Vorspanneinrichtung angeordnete Antriebswellen mit einem Antriebsritzel zum Eingriff in eine Verzahnung des Anzugselements auf. Die Antriebswellen stehen von dem Grundkörper an der zum Abstützelement gewandten Stirnseite axial vor und greifen in entsprechende axiale Öffnungen des Abstützelements ein. Die axialen Öffnungen an der Innenseite des Abstützelements weisen geeignete Durchgänge für den Durchgriff der Antriebsritzel zum Eingriff mit der Verzahnung des Anzugselements auf.
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Die axialen Bohrungen innerhalb des Grundkörpers zur Aufnahme der Druckkolben sind zweckmäßigerweise als Sacklochbohrungen ausgeführt. Sie sind möglichst nahe beieinander angeordnet und stehen im Bodenbereich über Verbindungskanäle oder Verbindungsnuten miteinander in Verbindung. Dadurch wird eine möglichst große Druckfläche erreicht. Außerdem können die Verbindungen zwischen den einzelnen Bohrungen einfach gefertigt werden.
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Die Spannvorrichtung kann neben einer runden Außenkontur auch eine ovale oder eckige Außenkontur aufweisen und kann z. B. auch mit Abflachungen versehen sein, um den Zugang zu schwer zugänglichen Schraubverbindungen zu erleichtern.
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In einer möglichen Ausgestaltung ist die Verzahnung des Anzugselements in Art einer Triebstockverzahnung mit mehreren an einer hinteren Stirnseite des Anzugselements in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten axialen Antriebszapfen ausgebildet. Auch andere Verzahnungsformen sind jedoch möglich.
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In weiterer zweckmäßiger Weise enthalten die Druckkolben eine Rückzugseinrichtung, durch welche die Druckkolben automatisch zurückgestellt werden. Dadurch wird eine vereinfachte Betätigung ermöglicht. Die Rückstellung kann z. B. über ein zwischen einer Führungsbuchse und einem Ringbund des Druckkolbens eingespanntes Tellerfederpaket oder eine andere Federanordnung erfolgen.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1: eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer Explosionsdarstellung;
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2: einen Grundkörper einer hydraulischen Vorspanneinrichtung in einer Seitenansicht;
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3: den Grundkörper von 2 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2;
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4: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers einer hydraulischen Vorspanneinrichtung in einer Perspektive und
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5: eine Schnittansicht der hydraulischen Vorspanneinrichtung.
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Die in 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigte Spannvorrichtung zum automatischen Anziehen einer Schraubverbindung enthält eine hydraulische Vorspanneinrichtung 1 zum Aufbringen einer Zugkraft auf einen nicht dargestellten Gewindebolzen, ein hülsenförmiges Abstützelement 2 und ein innerhalb des Abstützelements 2 drehbar geführtes Anzugselement 3, durch das eine Mutter 4 auf den nicht dargestellten Gewindebolzen aufgeschraubt werden kann. Das Anzugselement 3 ist in Form einer Nuss ausgebildet und weist an seiner der Mutter 4 zugewandten Vorderseite eine geeignete Innenkontur zum Eingriff mit einer z. B. als Mehrkant ausgebildeten Außenkontur 5 der Mutter 4 auf. Das innerhalb des Abstützelements 2 untergebrachte Anzugselement 3 enthält außerdem an seiner von der Mutter 4 abgewandten Rückseite eine Verzahnung 6, die mit Antriebsritzeln 7 eines in die Vorspanneinrichtung 1 integrierten Antriebs 8 zur Drehung des Anzugselements 3 in Eingriff steht.
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Die hydraulische Vorspanneinrichtung 1 besteht aus mehreren kreisförmig angeordneten, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten axialen Druckkolben 9, die in entsprechenden Bohrungen eines hier ringförmig ausgebildeten Grundkörpers 10 axial verschiebbar geführt und hydraulisch bewegbar sind. Die hydraulisch bewegbaren Druckkolben 9 drücken mit ihrer Vorderseite 11 auf die Rückseite 12 der Stützhülse 2, die sich mit ihrer Vorderseite 13 auf einer festen Auflage abstützen kann. An der Innenseite des ringförmigen Grundkörpers 10 ist ein Innengewinde 14 vorgesehen, durch das die hydraulische Vorspanneinrichtung 1 auf den nicht dargestellten Gewindebolzen aufgeschraubt werden kann.
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Der in die Vorspanneinrichtung 1 integrierte Antrieb 8 zur Drehung des Anzugselements 3 weist bei der gezeigten Ausführung mehrere in Umfangsrichtung zueinander versetzte Antriebsritzel 7 auf, die am Ende zur Drehachse des Anzugselements 3 paralleler Antriebswellen 15 angebracht sind. Die Antriebswellen 15 sind zweckmäßigerweise in parallel zur Mittelachse des ringförmigen Grundkörpers 10 verlaufenden axialen Durchgangsbohrungen 16 zwischen zwei Druckkolben 9 gelagert. Dadurch wird eine besonders kompakte und stabile Bauweise des Antriebs 8 innerhalb des ringförmigen Grundkörpers 12 der Vorspanneinrichtung 1 erreicht. In einer fertigungstechnisch einfachen Ausführung können die Durchgangsbohrungen 16 zur Aufnahme der Antriebswellen 15 dadurch hergestellt werden, dass bestimmte Bohrungen für die Aufnahme der Druckkolben 9 durchgebohrt werden.
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Wie aus 1 hervorgeht, stehen die Antriebswellen 15 von dem Grundkörper 10 an der zum hülsenförmigen Abstützelement 2 gewandten Stirnseite 17 axial vor und greifen in entsprechende axiale Öffnungen 18 des Abstützelements 2 ein. Die axialen Öffnungen 18 weisen an der Innenseite des Abstützelements 2 nicht gezeigte Durchgänge für den Durchgriff der Antriebsritzel 7 zum Eingriff mit der Verzahnung 6 des Anzugselements 3 auf.
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Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die mit den Antriebsritzeln 7 zusammenwirkende Verzahnung 6 des Anzugselements 3 in Art einer Triebstockverzahnung mit mehreren an einer hinteren Stirnseite 19 des Anzugselements 3 in Umfangsrichtung 3 gleichmäßig verteilten axialen Antriebszapfen 20 ausgebildet. Die parallel zur Drehachse des Anzugselements 3 verlaufenden axialen Antriebszapfen 20 sind auf einem zur Drehachse des Anzugselements 3 koaxialen Teilkreis angeordnet und stehen in Eingriff mit den Antriebsritzeln 7, die am Ende der zur Drehachse parallelen Antriebswellen 15 angebracht sind. Durch Drehung der Antriebsritzel 7 mit Hilfe der Antriebswellen 15 kann somit das Anzugselement 3 zum Anziehen der Mutter 4 gedreht werden. Zur einfacheren Drehung der Antriebswellen 15 weisen diese an ihrem hinteren Ende einen Sechskant 21 oder dgl. auf.
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Zur Herstellung einer vorgespannten Schraubverbindung mit Hilfe der in 1 dargestellten Spannvorrichtung wird zunächst die Mutter 4 und die Vorspanneinrichtung 1 mit der Stützhülse 2 und dem darin angeordneten Anzugselement 3 auf einen Gewindebolzen aufgeschraubt, bis die Mutter 4 und das hülsenförmige Abstützelement 2 mit ihren Vorderseiten zur Auflage an einer festen Auflagefläche der den Gewindebolzen umgebenden Flanschteile gelangen. Anschließend wird die hydraulische Vorspanneinrichtung 1 mit Druck beaufschlagt, so dass die Druckkolben 9 ausfahren und das Abstützelement 2 gegen die feste Anlagefläche drücken. Dadurch wird der Gewindebolzen gelängt und die umgebenden Flanschteile werden gestaucht. Dies hat zur Folge, dass die Mutter 4 von der Auflagefläche abhebt. Wenn eine gewünschte Vorspannkraft erreicht ist, kann die Mutter 4 durch Drehung des Anzugselements 3 mit Hilfe des Antriebs 8 angezogen werden. Wird dann der Druck an der hydraulischen Vorspanneinrichtung 1 wieder reduziert, steht die Verschraubung unter Vorspannung, wodurch eine sichere Schraubverbindung erreicht wird.
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In den 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines ringförmigen Grundkörpers 10 einer hydraulischen Vorspanneinrichtung 1 mit mehreren Bohrungen 22 zur Aufnahme der Druckkolben 9 gezeigt. Die Bohrungen 22 sind auf einem zur Mittelachse des ringförmigen Grundkörpers 10 konzentrischen Kreis angeordnet und vorzugsweise als Sacklochbohrungen ausgeführt, die an ihrem Boden durch seitliche Verbindungskanäle 23 miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise sind die Bohrungen 22 mit möglichst wenig Abstand voneinander angeordnet, wodurch eine einfache Fertigung der Verbindungskanäle 23 und eine möglicht große Druckfläche erreicht werden kann. Bei geringen Abständen zwischen den Bohrungen 22 können die Verbindungskanäle zwischen den einzelnen Bohrungen 11 z. B. durch kurze radiale Fräsungen innerhalb der Bohrungen 11 hergestellt werden. An den Grundkörper 10 kann ein geeigneter hydraulischer Druckerzeuger angeschlossen werden, durch den die Druckkolben 9 verfahren werden können.
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Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem ringförmigen Grundkörper 10 der hydraulischen Vorspanneinrichtung 1 lediglich eine Reihe von koaxial zur Mittelachse des Grundkörpers 10 angeordneten Bohrungen 22 für die Druckkolben 9 vorgesehen. In dem Grundkörper 10 können aber auch mehrere Reihen von Bohrungen 22 für Druckkolben 9 untergebracht werden, wie dies aus 4 hervorgeht. Bei der dort dargestellten Ausführung sind in dem Grundkörper 10 z. B. zwei zueinander konzentrische Reihen von Druckkolben 9 untergebracht.
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In einer weiteren Ausführung können die Druckkolben 9 eine in 5 schematisch dargestellte Rückzugseinrichtung zur automatischen Rückstellung der Druckkolben 9 enthalten. Die Druckkolben 9 sind hierbei über eine vordere Führungsbuchse 24 und einen Ringbund 25 innerhalb einer Bohrung 22 im Grundkörper 10 axial verschiebbar geführt. Zwischen der in 5 hinteren Stirnfläche 26 des Ringbunds 25 und dem ringförmigen Grundkörper 10 wird ein Druckraum zur Beaufschlagung der Druckkolben mit Hydraulikfluid begrenzt. Zwischen der vorderen Stirnfläche 27 des Ringbunds 25 und der innerhalb des Grundkörpers 10 fest angeordneten Führungsbuchse 24 ist eine hier als Tellerfederpaket ausgeführte Federanordnung 28 eingespannt. Wenn der in 3 gezeigte Druckkolben mit Hilfe eines Hydraulikfluids nach vorne ausgedrückt wird, sorgt die als Tellerfederpaket ausgeführte Federanordnung 28 für eine automatische Rückstellung des Druckkolbens 9, sobald die Druckversorgung abgeschaltet wird. Auch andere Rückstellfedern sind möglich.
