DE1277585B - Geraet zur direkten Bestimmung des Anzugsmomentes, der axialen Spannkraft und der Torsionsspannung, ferner zur indirekten Bestimmung der Reibungskoeffizienten an den beiden Enden eines Schraubenbolzens - Google Patents

Description

• Gerät zur direkten Bestimmung des Anzugsmomentes, der axialen Spannkraft und der Torsionsspannung, ferner zur indirekten Bestimmung der Reibungskoeffizienten an den beiden Enden eines Schraubenbolzens Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur direkten Bestimmung des Anzugsmomentes, der axialen Spannkraft und der Torsionsspannung, ferner zur indirekten Bestimmung der Reibungskoeffizienten an den beiden Enden eines Schraubenbolzens.
• Bei einem bekannten Gerät zur Prüfung von Schrauben wird die von den Schraubenköpfen beim Anziehen der Schrauben erzeugte Kraft durch eine formsteife Hebelübersetzung auf ein Meßdosenmanometer übertragen, so daß lediglich die Zugkraft in der Schraube infolge des Anzugsmomentes unmittelbar gemessen werden kann, während das Anzugsmoment selbst nur mittels eines üblichen Drehmomentenschlüssels gemessen wird. Um bei diesem Gerät zu erreichen, daß die Auflagefläche des Schraubenkopfes immer senkrecht zur Kraftwirkungslinie liegt, ist der Schraubenkopf auf einer balligen, sich allseitig einstellenden Unterlagscheibe gelagert. Diese Anordnung schließt aus, daß die Reibung unter dem Schraubenkopf bestimmt werden kann. Auch bei einem anderen bekannten Gerät, mit dem die axiale Spannkraft, das Anzugsmoment und die Torsionsspannung gemessen werden kann, ist eine Bestimmung der Reibung unter dem Schraubenkopf nicht möglich, weil der Schraubenkopf sich an einem Teller abstützt, der sich infolge einer Wälzlagerung mitdrehen kann. Schließlich ist ein Gerät zur gleichzeitigen Ermittlung von Kräften und Momenten an einer Bolzenverbindung bekannt, bei dem der Meßbolzen an seinen beiden Enden in radial geschlitzten und federnden Lagerhülsen eines Lagerkörpers derart gelagert ist, daß er sechs Freiheitsgrade aufweist und in zwei verschiedenen Ebenen in radialen Richtungen mit Meßgeräten in Verbindung steht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubenmeßgerät der eingangs erwähnten Art baulich besonders einfach und so auszubilden, daß praktisch nur zylindrische Teile Anwendung finden, und den Aufbau so vorzunehmen, daß der Reibungskoeffizient an den beiden Enden eines Schraubenbolzens indirekt bestimmt werden kann.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schraubenbolzen in an sich bekannter Weise in einer als Geber für Meßwertanzeigen dienenden Einspannhülse eingespannt ist, und daß diese Einspannhülse aus mehreren, einen bestimmten Grenzbereich der Einspannlänge bestimmenden und für die Aufnahme bestimmter Federkräfte in axialer Richtung und bestimmter Drehkräfte abgestimmten elastischen Teilen zusammengesetzt ist und diese Teile der Einspaunhülse mittels einer drehelastischen Halterung an dem Gerät befestigt sind.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und aus den Unteransprüchen entnehmbar.
• Die Zeichnung zeigt das Schraubenmeßgerät in einem Längsschnitt.
• Das Schraubenmeßgerät besteht aus einer oben offenen und unten durch einen Boden 1 abgeschlossenen Zentrierbüchse 2, die z. B. an einem äußeren Bodenflansch 3 mittels Schrauben 4 auf einer geeigneten Standfläche zuverlässig befestigt ist. In einer kreisförmigen Zentriermulde 5 auf der Innenseite des Bodensl ist der Bodenringflansch 6 eines drehelastischen Hohlzylinders 7 eingelassen und z. B. mittels kleiner Dehnschrauben 8 verschraubt. Ein oberer Ringflansch 9 des Hohlzylinders 7 ist gleichfalls mittels kleiner Dehnschrauben 10 mit einer Mitnehmerscheibe 11 verbunden, von deren Oberseite Klauen oder Zähne 11', 11" mit einander paarweise entgegengesetzt gerichteten schrägen Mitnehmerflanken aufragen. Die Klauen greifen in entsprechend gestaltete Ausnehmungen 12', 12" eines unteren dicken Lagerringes 13' ein, der über einen Rohrabschnitt 13 mit einem mit einigem Abstand darüber angeordneten zweiten gleichartigen Lagerring 13" verbunden ist.
• Die Ringe 13', 13" und der Rohrabschnitt 13 bestehen aus einem Stück. In die Zentrierbüchse 2 sind zwei Wälzlager 14 und 15 eingezogen, die mit Hilfe einer unteren inneren Ringschulter 16 an der Zentrierbüchse 2 und durch einen in diese eingesetzten Abstandsring 18 axial festgelegt sind. Gegebenenfalls können insbesondere die inneren Wälzlagerringe auch fortgelassen werden und die Wälzkörper unmittelbar auf den Lagerringaußenfiächen laufen. Auf der Oberseite des oberen Lagerringes 13" sitzt ein z. B. mit diesem durch eine Mitnehmerstiftarretierung 19 gekoppeltes und mit einer Zentralbohrung 20 versehenes Distanzstück 21 auf.
• Von unten her ragt in die Zentralbohrung des unteren Lagerringes 13' ein weiteres Rohrstück 22 bis zu seinem Anschlag am oberen Lagerring 13" auf.
• Das Rohrstück 22 ist mittels eines Ringflansches 22' gleichfalls am unteren Lagerring 13' mittels kleiner Dehnschrauben 23 befestigt; und zwar ist der Flansch 22' zwischen dem Lagerring 13' und einem weiteren Flanschring24 eingespannt, von dem eine zentrale Gewindebüchse 25 auf- und ein Stück weit in das Rohr 22 hineinragt. Schließlich ist in den unteren Hohlzylinder 7 und in die Mitnehmerscheibe 11, z. B. mittels einer Feinverzahnung 26, 27 eine kurze Drehstabfeder 28 spielfrei eingesetzt. Durch eine Winkelversetzung der Verzahnungen kann man dem Drehfederstab jede gewünschte Vorspannung geben.
• Die Handhabung und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Durch die zentrale Bohrung 20 des Distanzstückes 21 wird die zu untersuchende Schraube 29 eingesteckt, deren Gewindeende 29' in das Gewinde 25' der unteren Gewindebüchse 25 eingeschraubt und die Schraube an ihrem Kopf 29" angezogen. Dadurch werden die oberhalb der Klauenverbindung 11', 12' und 11", 12" liegenden Teile miteinander axial verspannt und bilden eine axial- und drehfedernde Einheit, die durch die unterhalb der Klauenverbindung liegenden Teile 11, 7, 28, 9, 6 beim Anziehen der Schraube drehfedernd gehalten werden. Gleichzeitig werden die miteinander verspannten Teile durch die Wälzlager 14, 15 in der Zentrierbüchse 2 reibungsarm geführt. Durch die schrägen Eingriffsflächen der Klauenverbindung 11', 11", 12', 12" sind die miteinander verspannten Teile in der drehfedernden Halterung axial festgelegt. Die nachgiebigsten Stellen der Einrichtung sind die Teile 7, 13, 22 und der Drehstab 28.
• Durch Einsätze mit hinsichtlich ihrer Abmessungen und Werkstoffe unterschiedlichen Teilen 7 und 13 durch die Verwendung des Gerätes mit oder ohne Drehstabfeder 28 und durch die Wahl von Drehstabfedern mit unterschiedlicher Federkraft, kann man dem Gerät einen den verschiedenen Schraubengrößen angepaßten Meßbereich geben. Dabei ist vor allem für eine schlupffreie Anpressung der Stirnkante 22" des Rohrstückes 22 an der Unterseite des oberen Lagerringes 13" Sorge zu tragen. Zu diesem Zweck wird das Rohrstück 22 reichlich lang bemessen und seine Stirnkante 22" entweder aufgerauht oder feinverzahnt, so daß die Stirnkante nach dem Anziehen der Schraube 29 rutschfest am Ring 13"anliegt. Das Distanzstück 21 und der Ringflansch 22' mit der Gewindebüchse 25 dienen zum Ausgleich unterschiedlicher Längen der zu untersuchenden Schrauben.
• Das Gerät vermittelt folgende Meßwerte: a) Das Schraubenanzugsmoment M : Das beim Anziehen und Lösen der Schraube 29 auf deren Kopf 29" einwirkende DrehmomentM, wird durch den drehelastisch nachgebenden Hohlzylinder 7 allein oder im Zusammenwirken mit der Drehstabfeder 28 am Boden 1 der Büchse 2 abgestützt; und zwar setzt sich das Moment M, aus dem an der Kopfauflagerfläche auf dem Distanzstück 21 übertragenen Moments2 und dem am Gewinde 25' auftretenden Moment M3 zusammen. Mit Hilfe der im mittleren Bereich x-x des Rohrabschnittes 13 auftretenden Verdrehungsgröße Mr lassen sich das Gewindemoments3 und aus M1M3=M2 das Kopfreibungsmoment errechnen. An der drehelastischen Halterung 7, 28 tritt wieder das Moment Mt=M2+M3 auf. b) Die axiale Schraubverspannung: Diese wirkt sich auf die mittleren Rohrabschnitte 13 und 22 aus, wobei das Rohrstück 22 nur der Abstimmung des Meßbereiches für die axiale Spannung dient. c) Das im mittleren Rohrabschnitt 13 (Querschnitt x-x) auftretende Moment Mr: Dieses resultiert aus dem beim Anzug der Schraube in diese eingeleiteten Gesamtmoment, das sich auf den Schaft der Schraube 29 und die beiden Rohrabschnitte 13 und 22 verteilt. d) Die Torsionsspannung der Schraube: Das nach dem Anzug der Schraube in dieser verbliebene Torsionsmoment bewirkt eine Verdrehung der drehelastischen Rohrabschnitte 13 und 22.
• Die einzelnen Momente und axialen Spannkräfte können in an sich bekannter Weise durch auf die Teile 7, 13 aufgelegte Dehnmeßstreifen erfolgen, deren Widerstandsänderungen durch die bekannten elektrischen Schaltungen und Anzeigevorrichtungen sichtbar gemacht werden. Man kann aber auch induktive oder kapazitive Meßeinrichtungen vorsehen, indem man in an sich bekannter Weise an den zu untersuchenden Stellen abstands ändernde Kondensatorelemente oder mit Tauchkernen zusammenwirkende Spulen vorsieht und diese in die ebenfalls an sich bekannten Brückenschaltungen einbaut.
• Schließlich kann man auch mechanische Meßeinrichtungen vorsehen, die mit Taststiften die unter dem Einfluß der auftretenden Kräfte nachgebenden Flächen der Meßstellen abfühlen und den Meßwert an ein Zeiger- oder Schreibgerät weitergeben. So kann man z. B. solche Meßfühler zwischen den Lagerringen 13', 13" einsetzen oder auf die Teile 7, 13 usf. aufspannen oder man kann die Ringe 13', 13" mit Bohrungen versehen und in diese die elektrischen Geberelemente einbauen. Schließlich kann man die Zentrierbüchse 2, z. B. an ihrem oberen Ende, mit geeigneten Halterungen, gegebenenfalls auch nur mit Löchern 30 für die Befestigung von Eichgeräten versehen. Die Eichung des Hohlzylinders 7 erfolgt zweckmäßig über einen mit Gewichten belasteten Hebelarm, die des Rohrabschnittes 13 auf Druck mittels eines Federdynamometers und auf Torsion gleichfalls mit einem belasteten Hebelarm (ohne Schraube 29).
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die getrennte Erfassung der Reibungskoeffizienten am Schraubenkopf und Gewindeteil, die gleichzeitige Erfassung der Dreh- und bzw. Zugbeanspruchungen der Schraube und die einfache Meßbereichänderungsmöglichkeit für kleine und große, bzw. dünne und dicke Schrauben.
• Mit dem Gerät können natürlich auch Schraubenbolzen untersucht werden, die am oberen Ende ebenfalls ein Gewinde aufweisen. Auf das Gewinde wird eine den Kopf ersetzende Mutter aufgeschraubt. Bei kurzen Schraubenbolzen wird ein Flansch 24 mit einer entsprechend längeren Gewindebüchse 25 eingesetzt oder man wählt ein entsprechend niedrigeres Distanzstück 21, das z. B. auch nur aus einer Scheibe bestehen kann. Ebenso läßt sich der mittlere Abschnitt 13, 13', 13" durch ein längeres oder kürzeres Einsatzstück ersetzen.

Claims (15)

1. Patentansprüche: 1. Gerät zur direkten Bestimmung des Anzugsmomentes, der axialen Spannkraft und der Torsionsspannung, ferner zur indirekten Bestimmung der Reibungskoeffizienten an den beiden Enden eines Schraubenbolzens, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Schraubenbolzen (29) in an sich bekannter Weise in einer als Geber für Meßwert anzeigen dienenden Einspannhülse eingespannt ist, und daß diese Einspannhülse aus mehreren, einen bestimmten Grenzbereich der Einspannlänge bestimmenden und für die Aufnahme bestimmter Federkräfte in axialer Richtung und bestimmter Drehkräfte abgestimmten elastischen Teilen (21, 13", 13, 13', 22, 25, 22', 24) zusammengesetzt ist und diese Teile der Einspannhülse mittels einer drehelastischen Halterung (11, 9, 7, 28, 6) an dem Gerät befestigt sind.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannhülse in einer zylindrischen Zentrierbüchse (2) reibungsarm gelagert und am Büchsenboden (1) lösbar befestigt ist.
3. 3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannhülse in der Zentrierbüchse (2), insbesondere mittels Wälzlager (14, 15) reibungsarm gelagert ist, deren Wälzkörper entweder in den üblichen Ringen oder zum mindesten innen auf der Einspannhülsenaußenfläche unmittelbar umlaufen.
4. 4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannhülse (21, 13", 13, 13', 22, 25, 22', 24) mit der drehelastischen Bodenhalterung (11, 9, 7, 28, 6, 1) durch eine lösbare Steckverbindung (11', 11", 12', 12") verbunden ist.
5. 5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenhalterung aus einem elastischen Hohlzylinder (7) mit einer gegebenenfalls in diesem leicht lösbar eingesetzten Drehstabfeder (28) besteht.
6. 6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenhalterung mit einem oberen und unteren Befestigungsflansch (9, 6) oder einzelnen Laschen versehen ist, die einerseits zur Befestigung am Boden und andererseits für eine Befestigung der Halterung am Eingriffsteil (11) für die von der zu prüfenden Schraube zusammengehaltenen Teile dienen.
7. 7. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung zwischen der Bodenhalterung und den von der zu prüfenden Schraube zusammengehaltenen Teilen eine mit Klauen (11', 11") versehene und in beiden Drehrichtungen mitnehmende Steckverbindung (11', 11", 12', 12") besteht.
8. 8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine mit Klauen oder Zähnen (11', 11") versehene Mitnehmerscheibe (11).
9. 9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (11', 11") der Mitnehmerscheibe (11) in untere Ausnehmungen (12', 12") eines Lagerringes (13') eingreifen, der durch einen Rohrabschnitt (13) mit einem mit Abstand darüberliegenden zweiten Lagerring (13") verbunden ist.
10. 10. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerringe (13', 13") und der sie verbindende Rohrabschnitt (13) aus einem Stück bestehen.
11. 11. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oberen Lagerring (13") ein mit einer Zentralbohrung (20) versehenes Distanzstück (21) aufsitzt.
12. 12. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzstück (21) durch eine Stiftarretierung (19) kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Lagerring (13") gekoppeltist.
13. 13. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Lagerringes (13') ein Ringflansch (22') anliegt, von welchem ein zweites axiales Rohrstück (22) durch den Rohrabschnitt (13) hindurch bis zum Anschlag an der Unterseite des oberen Lagerringes (13") aufragt.
14. 14. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite des oberen Lagerringes (13") anliegende Stirnkante (22") des inneren Rohrstückes (22) feinverzahnt oder auf ähnliche Weise aufgerauht ist.
15. 15. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der am unteren Lagerring (13') anliegende Ringflansch (22') durch einen wiederum auf diesem aufliegenden Ringflansch (24) mitverspannt ist, von welchem eine zentrale Gewindebüchse (25) ein Stück weit in das innere Rohrstück (22) hineinragt, deren Gewindebüchse (25) zur Zentralbohrung (20) des oberen Distanzstückes iluchtgleich liegt.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 695 037, 945 296 ; USA.-Patentschrift Nr. 2 030 464.