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Die Erfindung betrifft eine Vorspannelementdruckschraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Vorspannelement mit solchen Vorspannelementdruckschrauben nach Anspruch 8.
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Vorspannelemente mit mehreren Vorspannelementdruckschrauben, auch Multi-Jackbolt Tensioners genannt, dienen zum Anziehen von Schrauben und Bolzen, insbesondere bei Anwendungen in Industriebereichen. Wesentlich dabei ist, dass hohe Verspannkräfte mit dem Vorspannelement erzeugbar sind, um eine Vielzahl von Anwendungsbereichen – auch unter Hochlast – abdecken zu können.
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Aus der
EP 1 117 504 B1 ist ein Vorspannelement mit einem Mutternkörper, einer Abstützscheibe und mehreren Vorspannelementdruckschrauben bekannt, wobei die Vorspannelementdruckschrauben in umfänglich zueinander beabstandeten Gewindeöffnungen im Mutternkörper mit diesem im Eingriff sind.
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Die in der
EP 1 117 504 B1 gezeigten Vorspannelementdruckschrauben weisen einen Schaft auf, der ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende aufweist. Ausgehend von dem ersten Ende ist ein Gewindeabschnitt mit einem Aussendurchmesser und an den Gewindeabschnitt anschliessend ein gewindefreier Schaftabschnitt mit einem kleineren Aussendurchmesser vorgesehen, der sich bis zum zweiten Ende des Schafts erstreckt. An dem ersten Ende des Schafts ist ein Angriffsmittel für ein Werkzeug vorgesehen.
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Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass die aufbringbaren Verspannkräfte begrenzt sind und somit das Vorspannelement einen auf das erzeugbare Verspannniveau eingeschränkten Anwendungsbereich hat.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorspannelementdruckschraube für ein Vorspannelement sowie ein Vorspannelement mit solchen Vorspannelementdruckschrauben zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere über einen grossen Anwendungsbereich und auch unter schwierigsten Industriebedingungen einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
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Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung berechnet sich bei einer Vorspannelementdruckschraube der Aussendurchmesser des gewindefreien Schaftabschnitts nach der folgenden Formel: dg = D – 17 / 24(P·√3)·X – Y·D wobei P die Gewindesteigung ist; der Faktor X einem Wert von 1.04 bis 1.06 und der Faktor Y einem Wert von 0.009 bis 0.011 entspricht.
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Ein gewindefreier Schaftabschnitt mit einem derartigen Aussendurchmesser ermöglicht die Übertragung von hohen Druckkräften, wobei das Einführen der Vorspannelementdruckschraube in eine Gewindeöffnung eines Vorspannelementes nicht behindert wird. Bei den angegebenen Bereichen der Faktoren X und Y zeigen sich überraschend die technischen Effekte, nämlich die mechanischen Eigenschaften aufgrund des günstigen Verhältnisses der Druckkraft in der Vorspannelementdruckschraube und der Verformung derselben.
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Vorzugsweise entspricht der Faktor X einem Wert von 1.045 bis 1.055 und der Faktor Y einem Wert von 0.0095 bis 0.0105, womit der gewindefreie Schaftabschnitt besonders vorteilhaft belastbar ist.
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Bevorzugt ist der Aussendurchmesser des gewindefreien Schaftabschnitts auf 0.1 mm gerundet, womit eine einfache Herstellung der Vorspannelementdruckschraube gewährleistet ist.
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Vorzugsweise weist der Gewindeauslauf vom Gewindeabschnitt zum gewindefreien Schaftabschnitt einen Winkel von 20° bis 45° auf, so dass ein einfaches Einführen der Vorspannelementdruckschraube in eine Gewindeöffnung eines Vorspannelementes und Eingreifen des Gewindeabschnitts der Vorspannelementdruckschraube in das Gewinde der Gewindeöffnung zusätzlich gewährleistet wird. Besonders vorteilhaft weist dieser Gewindeauslauf dafür einen Winkel von 28° bis 32° auf.
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Bevorzugt entspricht die Länge des Gewindeabschnitts dem 1.0-fachen bis dem 3.0-fachen des Aussendurchmessers des Gewindeabschnitts, womit ein ausreichender Eingriff der Vorspannelementdruckschraube zur Übertragung der Verspannkräfte zwischen der Vorspannelementdruckschraube und z. B. einem Mutternkörper eines Vorspannelementes zur Verfügung steht.
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Vorzugsweise weist das zweite Ende des Schafts eine konvexe Ausgestaltung auf, so dass eine reduzierte Auflagefläche an dem freien Ende des gewindefreien Schaftabschnitts beziehungsweise des zweiten Ende des Schafts bei der Auflage der Vorspannelementdruckschraube – z. B. auf einer Abstützscheibe eines Vorspannelementes oder eines Abstützkörpers – geschaffen wird und sich dadurch einfach Toleranzen zwischen Elementen des Vorspannelementes ausgleichen lassen und es ist eine bessere Druckverteilung unter Last gegeben. Zudem wird damit die Gefahr eines Aufspreizens beziehungsweise eines Aufpilzens des zweiten Endes des Schafts unter Last verhindert beziehungsweise zumindest massgeblich reduziert. Die konvexe Ausgestaltung des zweiten Endes des Schafts stellt auch eine ausgerichtete Krafteinleitung in eine Abstützscheibe oder in einen Abstützkörper sicher, auch wenn dessen Kontaktfläche zu der Druckkraftrichtung leicht abgewinkelt ist.
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Vorteilhaft ist hierfür die konvexe Ausgestaltung des freien Endes des gewindefreien Schaftabschnitts kugelabschnittsförmig. Weiter vorteilhaft weist diese kugelabschnittsförmige Ausgestaltung des freien Endes des gewindefreien Schaftabschnitts einen Kugelradius auf, der dem 10-fachen bis 18-fachen des Aussendurchmessers des Gewindeabschnitts entspricht, so dass die Auflagefläche optimal zur Übertragung der Druckkräfte und für einen Toleranzausgleich ausgestaltet ist. Besonders vorteilhaft entspricht der Kugelradius dieser kugelabschnittsförmigen Ausgestaltung hierfür dem 13-fachen bis 16-fachen des Aussendurchmessers des Gewindeabschnitts.
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Bevorzugt ist das Angriffsmittel als Aussensechsrund (auch Aussentorx® genannt) ausgebildet, so dass hohe Drehmomente auf die Vorspannelementdruckschraube aufbringbar sind, aber das Werkzeug einen geringen Platzbedarf zum Aufbringen desselben benötigt.
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Vorteilhaft ist zwischen dem Angriffsmittel und dem Gewindeabschnitt und somit beim ersten Ende des Schafts ein Bund vorgesehen, so dass die maximale Eindringung der Vorspannelementdruckschraube in die Gewindeöffnung eines Vorspannelementes durch diesen begrenzt wird. Zudem kann dieser Bund auch als Anschlag für ein auf das Angriffsmittel aufgesetztes Werkzeug dienen.
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Der Bund wird in seiner, bezogen auf die Vorspannelementdruckschraubenlängsachse, radialen Erstreckung derart ausgebildet, dass nur ein geringer Überstand gegenüber dem Aussendurchmesser des Gewindeabschnitts gegeben ist. Dadurch ist zwar die Anschlagsfunktion weiter vorhanden, aber eine benachbarte Vorspannelementdruckschraube ist so direkt benachbart wie möglich zu einer anderen Vorspannelementdruckschraube am Vorspannelement anordnenbar.
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Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Vorspannelement einen Mutternkörper und mehrere beziehungsweise zumindest zwei Vorspannelementdruckschrauben, die in umfänglich zueinander beabstandeten Gewindeöffnungen im Mutternkörper mit diesem im Eingriff sind. Die zumindest zwei Vorspannelementdruckschrauben des Vorspannelementes weisen jeweils zumindest einzelne Merkmale der zuvor dargelegten, erfinderischen Vorspannelementdruckschraube auf.
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Mit einem solchen Vorspannelement lassen sich grosse Verspannkräfte aufbringen und entsprechend vergrössert sich auch der anwendbare Lastbereich desselben. Auch eine geometrische Positionierung der Vorspannelementdruckschrauben näher zum Zentrum des Mutternkörpers als bei den bekannten Lösungen wird mit den vorgenannten Vorspannelementdruckschrauben ermöglicht. Entsprechend sind die vom Vorspannelement aufzunehmenden Momentenspannungen auch bei hoher Verspannkraft im Vergleich zu den bekannten Lösungen geringer. Ein erfindungsgemässes Vorspannelement kann somit in kleineren Abmessungen als bisher hergestellt werden. Dies vergrössert den Anwendungsbereich des Vorspannelementes und die Herstellkosten lassen gegenüber den bekannten Lösungen reduzieren, insbesondere aufgrund der grösseren Kraft, welche auf die erfindungsgemässen Vorspannelementdruckschrauben aufbringbar ist.
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Vorzugsweise umfasst das Vorspannelement weiter eine Abstützscheibe, mit der die zweiten Enden der mehreren Vorspannelementdruckschrauben zumindest beim Verspannen derselben in Anlage kommen. Die Abstützscheibe weist vorteilhaft eine derart ausreichende Festigkeit auf, dass die von den Vorspannelementdruckschrauben übertragenen Kräfte von dieser vollständig übernommen werden können. Auf die Oberfläche des Untergrundes beziehungsweise des Abstützkörpers, an der sich die Vorspannelementdruckschrauben beim Verspannen abstützen würden, werden die von den Vorspannelementdruckschrauben erzeugten Druckkräfte von den der Abstützscheibe flächig auf diesen übertragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Die Bezugszeichenliste ist wie auch der technische Inhalt der Patentansprüche und Figuren Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile.
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Es zeigen dabei:
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1 eine erfindungsgemässe Vorspannelementdruckschraube in einer Seitenansicht,
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2 eine Aufsicht auf das Antriebsmittel der Vorspannelementdruckschraube gem. 1,
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3 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemässes Vorspannelement, und
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4 eine Seitenansicht auf das erfindungsgemässe Vorspannelement gem. 3.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Vorspannelementdruckschraube 11 für ein Vorspannelement weist einen Schaft 12 mit einem ersten Ende 13 und einem zweiten Ende 14 auf. An dem ersten Ende 13 des Schafts 12 ist ein Angriffsmittel 26 für ein Werkzeug vorgesehen. Das Angriffsmittel 26 als ist Aussensechsrund ausgebildet, z. B. ein Aussentorx®. Weiter ist ein Bund 28 beim ersten Ende 13 vorgesehen, der einen Aussendurchmesser Db aufweist. Die Ausgestaltung des Angriffsmittels 26 entspricht der DIN 34800, wobei der Aussendurchmesser Db des Bunds 28 in seiner Abmessung gegenüber herkömmlichen Ausführungen reduziert ist.
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Der Schaft 12 weist ausgehend von seinem ersten Ende 13 einen Gewindeabschnitt 16 mit einem Aussendurchmesser D und an den Gewindeabschnitt 16 anschliessend einen gewindefreien Schaftabschnitt 21 mit einem Aussendurchmesser dg auf, der sich bis zum zweiten Ende 14 des Schafts 12 erstreckt. Der Aussendurchmesser dg des gewindefreien Schaftabschnitts 21 ist kleiner als der Aussendurchmesser D des Gewindeabschnitts 16 und berechnet sich nach der folgenden Formel: dg = D – 17 / 24(P·√3)·X – Y·D
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D ist der Aussendurchmesser des Gewindeabschnitts 16 und P entspricht der Gewindesteigung des Gewindes am Gewindeabschnitt 16. Der Faktor X entspricht einem Wert von 1.04 bis 1.06, vorteilhaft einem Wert von 1.045 bis 1.055. Der Faktor Y entspricht einem Wert von 0.009 bis 0.011, vorteilhaft einem Wert von 0.0095 bis 0.0105. Der Aussendurchmesser dg des gewindefreien Schaftabschnitts ist auf 0.1 mm gerundet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Faktor X einen Wert von 1.05 und der Faktor Y einen Wert von 0.01 auf, womit der gewindefreie Schaftabschnitt 21 einen Aussendurchmesser dg aufweist, der für die Übertragung von Druckkräften besonders vorteilhaft ist.
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Der Gewindeauslauf 18 vom Gewindeabschnitt 16 zum gewindefreien Schaftabschnitt 21 weist einen Winkel α von 20° bis 45°, vorteilhaft einen Winkel α von 28° bis 32°, auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Gewindeauslauf 18 einen Winkel α von 30° auf.
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Die Länge Lg des Gewindeabschnitts 16 entspricht dem 1.0-fachen bis dem 3.0-fachen des Aussendurchmessers D des Gewindeabschnitts 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Länge Lg des Gewindeabschnitts 16 dem 2.5-fachen des Aussendurchmessers D des Gewindeabschnitts 16.
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Die Länge Ls des gewindefreien Schaftabschnitts 21 wird entsprechend der konstruktiven Ausgestaltung des Vorspannelementes gewählt und kann entsprechend variieren. Die maximale Länge Ls des gewindefreien Schaftabschnitts 21 wird im Wesentlichen nur durch ein allfälliges Knicken unter Last desselben beschränkt. Dabei ist der nach der vorgenannten Formel berechnete Aussendurchmesser dg des gewindefreien Schaftabschnitts 21 besonders hoch, d. h. mit hohen Druckkräften, belastbar.
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Das zweite Ende 14 des Schafts 12 beziehungsweise das freie Ende des gewindefreien Schaftabschnitts 21 weist eine konvexe Ausgestaltung auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die konvexe Ausgestaltung kugelabschnittsförmig ausgebildet, wobei der Kugelradius SR des Kugelabschnitts dem 15-fachen des Aussendurchmessers D des Gewindeabschnitts 16 entspricht. Der Kugelradius SR liegt im Bereich des 10-fachen bis 18-fachen, vorteilhaft des 13-fachen bis 16-fachen, des Aussendurchmessers D des Gewindeabschnitts 16.
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Das in den 3 und 4 dargestellte Vorspannelement 31 umfasst einen ringförmigen Mutternkörper 32, eine ringförmige Abstützscheibe 41 sowie mehrere – in diesem Ausführungsbeispiel dreizehn – Vorspannelementdruckschrauben 11. In dem Mutternkörper 32 sind umfänglich verteilt, mehrere – in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dreizehn – zueinander beabstandete Gewindeöffnungen 34 vorgesehen. Ausgehend von der freien Seite 33 des Mutternkörpers 32 ist jede Gewindeöffnung 34 mit einem Innengewindeabschnitt 35 versehen, die sich jedoch nicht über die gesamte Länge der Gewindeöffnung 34 erstreckt. Die entsprechende Vorspannelementdruckschraube 11 greift mit ihrem Gewindeabschnitt 16 in den Innengewindeabschnitt 35 ein. Weiter weist der Mutternkörper 32 eine Aufnahmeöffnung 36 zur Aufnahme des zu verspannenden Bolzens (hier nicht dargestellt) auf. An der Innenseite der Aufnahmeöffnung 36 ist ein Innengewinde 37 vorgesehen, um den Mutternkörper 32 an dem mit einem entsprechenden Aussengewinde versehenen Bolzen anzuordnen und denselben mittels der Vorspannelementdruckschrauben 11 zu verspannen.
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Mittels eines auf das Angriffsmittel 26 der Vorspannelementdruckschraube 11 aufgesetzten Werkzeugs (hier nicht dargestellt) wird die entsprechende Vorspannelementdruckschraube 11 in den Mutternkörper 32 eingeschraubt. Da das zweite Ende 14 des Schafts 12 der Vorspannelementdruckschraube 11 sich auf der Abstützscheibe 41 abstützt, wird der Mutternkörper 32 sowie der mit diesem verbundene Bolzen relativ von der Abstützscheibe axial in Richtung der Vorspannkraft abgehoben und somit dieser Bolzen durch dessen dabei auftretenden Längung verspannt.
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Die Vorspannelementdruckschraube 11 ermöglicht aufgrund derer konstruktiven Ausgestaltung eine Anordnung im Mutternkörper 32 nahe dessen Zentrums 39, womit die Gefahr eines Verkippens des Mutternkörper 32 beim Verspannen des Vorspannelementes 31 massgeblich reduziert wird. Des Weiteren lassen sich hohe Druckkräfte über diese Vorspannelementdruckschrauben 11 übertragen und daher grosse Verspannkräfte bei gegenüber den bekannten Lösungen von Vorspannelementen erzeugen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Gewindeöffnungen 34 im Mutternkörper 32 jeweils im gleichen Abstand zum Zentrum 39 des Mutternkörpers 32 angeordnet. Es ist jedoch denkbar, diese Gewindeöffnungen 34 in unterschiedlichen Abständen zum Zentrum 39 des Mutternkörpers 32, vorteilhaft alternierend, im Mutternkörper 32 vorzusehen. Des Weiteren können die Gewindeöffnungen 34 auch in zwei oder mehreren Abständen zum Zentrum 39 des Mutternkörpers 32 vorgesehen sein, so dass eine mehr-reihige Anordnung derselben gegeben ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Gewindeöffnungen 34 jeweils in einem gleichmässigen Abstand zueinander im Mutternkörper 32 vorgesehen, was insbesondere für eine gleichmässige Verspannung vorteilhaft ist. Alternativ weisen die Gewindeöffnungen 34 in einem Mutternkörper 32 zumindest teilweise unregelmässige Abstände zueinander auf, so dass beispielsweise besondere Verspannungszustände mit dem entsprechenden Vorspannelement erzeugbar sind oder auf Bereiche, in denen keine Druckkräfte aufgebracht werden dürfen, Rücksicht genommen werden kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Vorspannelementdruckschrauben 11 gleich ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar zumindest zwei unterschiedliche Arten von Vorspannelementdruckschrauben vorzusehen, um beispielsweise über die erste Art von Vorspannelementdruckschrauben in einem ersten Schritt eine erste bestimmte Vorspannkraft und anschliessend über die zumindest eine zweite Art von Vorspannelementdruckschrauben in einem weiteren ersten Schritt eine zu der ersten bestimmten Vorspannkraft unterschiedliche weitere bestimmte Vorspannkraft aufzubringen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Vorspannelementdruckschraube
- D
- Aussendurchmesser v. 16
- 12
- Schaft
- Lg
- Länge v. 16
- 13
- 1. Ende v. 12
- 14
- 2. Ende v. 12
- dg
- Aussendurchmesser v. 21
- Ls
- Länge v. 21
- 16
- Gewindeabschnitt
- Db
- Aussendurchmesser v. 28
- 18
- Gewindeauslauf
- SR
- Kugelradius v. 14
- 21
- gewindefreier Schaftabschnitt
- 26
- Angriffsmittel
- 28
- Bund
- 31
- Vorspannelement
- 32
- Mutternkörper
- 33
- freie Seite v. 32
- 34
- Gewindeöffnung
- 35
- Innengewindeabschnitt v. 34
- 36
- Aufnahmeöffnung
- 37
- Innengewindeabschnitt v. 32
- 39
- Zentrum v. 32
- 41
- Abstützscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1117504 B1 [0003, 0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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