DE1500784C - Verfahren zum Setzen einer Bolzen verbindung und Bolzenverbindung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbrin- die Auflagestirnfläche der Mutter angrenzenden Ab-

gen einer vorbestimmten End-Zugspannung auf den schnitt in einem Teilumfangsbereich durch radiales

Schaft einer aus Kopfbolzen und Schließmutter be- Eindrücken so stark eingeschnürt wird, daß die dabei

stehenden Bolzenverbindung durch Anpressen der auftretende Längung der Schließmutter die für die

Schließmutter gegen den vorgespannten Kopfbolzen 5 Erreichung der vorbestimmten Bolzenzugspannung

und Einpressen der Schließmutter in wenigstens eine erforderliche axiale Pressung zwischen Kopf und

etwa in Umfangsrichtung des Bolzenschaftes verlau- Mutter bewirkt. Dabei wird in der Regel die Mutter

fende Nut od. dgl. sowie eine Bolzenverbindung zur vor dem Einschnüren so stark angezogen, daß auf

Durchführung dieses Verfahrens. dem Bolzen eine gewisse Vorspannung aufgebracht

Um mit einem möglichst geringen Sicherheitsfaktor io wird, die die Werkstücke zusammenpreßt,
auszukommen und eine möglichst sichere Verbindung Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird durch Schrauben, Nieten od. dgl., zu erhalten, ist es unabhängig von einer mehr · oder weniger großen erforderlich, die Pressung zwischen Kopf und Mutter durch das Anbringen der Bolzenverbindung am bzw. Schaftkopf und Setzkopf bei Nietverbindungen Werkstück vor dem endgültigen Setzen der Schließmöglichst konstant zu halten. Die Pressung hängt bei 15 mutter auf den Schaft aufgebrachten Zugspannung der fertigen Bolzenverbindung im wesentlichen aus- durch plastische Verformung nur eines axial relativ schließlich von der Zugspannung im Bolzenschaft schmalen Abschnittes der Schließmutter in Form ab. Diese Zugspannung im Bolzenschaft wird bei einer Umfangskerbe eine im wesentlichen völlig Schraubverbindungen durch Anziehen der Schrau- gleichförmige End-Zugspannung durch die Längung benmutter mit einem vorbestimmten Drehmoment, bei 20 der Mutter erreicht. Dabei wird vermutlich dadurch, Nietverbindungen durch entsprechende Spannung des daß sich ein vollständiger Querschnittsbereich der Bolzens vor oder nach dem Kopfsetzen erreicht. Mutter beim Verformen im plastischen Zustand be-

Es sind Bolzenverbindungen bekannt, bei denen findet, in jedem Falle die Längung nur so weit erder Bolzen eine abreißbare Verlängerung aufweist, folgen, als die werkstoff- und formabhängige Maxian welcher ein entsprechendes Zugwerkzeug angreift 25 malpressung dies zuläßt. Bei Überschreiten dieser zuu'nd vor dem Anpressen einer rohrförmigen Schließ- lässigen maximalen Axialpressung findet vermutlich mutter gegen den mit Umfangsrillen versehenen BoI- eine zusätzliche Radialverformung statt. Versuche zenschaft diesem eine entsprechende Zugspannung haben gezeigt, daß unabhängig von der beim Anerteilt, worauf dann das überstehende Ende abgeris- bringen der Bolzenverbindung vor dem Setzen auf sen wird. 3° den Schaft aufgebrachten Vorspannung eine im

Diese bekannte Bolzenverbindung ist jedoch ein- wesentlichen konstante End-Zugspannung in jedem mal durch die Notwendigkeit der Abreißverlänge- Falle eingehalten wird. Dies war sogar der Fall, wenn rung des Bolzcnschaftes und das Zusammenziehen die Vorspannung die End-Zugspannung übersteigt,
des Bolzcnschaftes und zum Anpressen der Schließ- Vorzugsweise ist die Bolzenverbindung zur Durchmutter wirkende Werkzeug relativ aufwendig und 35 führung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß bringt außerdem eine Fehlerquelle dadurch mit sich, der Kopfbolzen an seinem freien Schaftende und die daß die auf den Bolzenschaft vor dem Setzen der Schließmutter in ihrem zum freien Schaftende hin Schließmutter ausgeübte Zugkraft je nach Druck des liegenden Abschnitt mit Schraubgewinde versehen ist, Arbeitsmediums unterschiedlich sein kann. wobei der einzuschnürende, an der Auflagestirnfläche

Bei einer anderen bekannten Bolzenverbindung 40 der Mutter angrenzende Abschnitt der Schließmutter

wird der Kopfbolzen mit einem entsprechenden eine glatte Bohrung mit einem Durchmesser größer

Druck in eine Bohrung eingepreßt und dann eine als der Außendurchmesser des Bolzengewindes auf-

Schließmutter am freien Schaftende angepreßt, die weist.

mit einer der Auflagestirnfläche gegenüberliegenden Bei dieser Anordnung können an sich normale

Stirnfläche in eine Umfangsnut am Bolzenschaft ein- 45 Kopfbolzen verwendet werden. Durch Anziehen der

greift, so daß bei einer entsprechenden Radialpres- Mutter beim Anbringen der Bolzenverbindung vor

sung auf die Schließmutter eine Längung der Mutter dem Einschnüren der Mutter wird eine entsprechende

eintritt, die dem Bolzen eine zusätzliche Zugspan- Vorspannung aufgebracht, die in weiten Grenzen

nung erteilt. Abgesehen davon, daß diese bekannte variieren kann.

Anordnung ein zweiseitiges Arbeiten am Werkstück 50 Bei normalen Schraubverbindungen wird durch

notwendig macht, bringt die Verformung der Schließ- die Reibung der Mutter im Gewinde und mit ihr die

mutter über die ganze Länge einen Unsicherhcits- Auflagestirnfläche gegen das Werkstück die durch ein

faktor, da die die Längung der Schließmutter be- vorbestimmten Drehmoment aufgebrachte Zugspan-

wirkende Kadialvcrforiming infolge großer Bearbci- nung in weiten Grenzen beeinflußt. Bei der erfin-

tungsläiigc von Ungenauigkciten in der Wandstärke 55 dungsgemäßen Bolzenverbindung wird dieser beim

der Mutter und des Bolzendurchmessers beeinflußt Anziehen auftretende große Fehlerbcreich auf ein

wird. sehr enges Maß korrigiert.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Auf- Der die glatte Bohrung aufweisende Abschnitt gäbe, ein Verfahren zum Aufbringen einer im wesent- nimmt etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Schließliehen völlig gleichförmigen End-Zugspannung auf 60 mutter ein.

dem Bolzcnschaft sowie eine Bolzenverbindung zur Beider erfindungsgemäßen Bolzenverbindung kann

Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen. eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen sehr ein-

CicmäU der Erfindung wird dies dadurch erreicht, fach dadurch erreicht werden, daß in dem unter dem

daß die nur mit ihrem zum freien Schaftende hin Hinschiiürbercich liegenden Gcwindeabschnitt des

liegenden Abschnitt mit Gewinde versehene Schließ- 65 Bolzcnschaftes in an sich bekannter Weise wenig-

imiiter bis zur Anlage der durch die Bolzcnverbin- stens eine die Gewindegänge unterbrechende Längscluiig zu verbindenden Werkstücke miteinander auf nut vorgesehen ist.

den Kopfbolzen aufgeschraubt wird und in ihrem an Bei den bekannten Anordnungen wird dabei nach

Anziehen der Mutter ein bestimmter Abschnitt der Mutter in die Nut zusätzlich eingeschlagen. Dieses Einschlagen bzw. Eindrücken hat keinen Einfluß auf die Spannung des Bolzenschaftes selbst. Zur Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen kann auch der unter dem Einschnürabschnitt liegende Gewindeabschnitt des Bolzenschaftes wenigstens einer der Gewindegänge durch wenigstens eine Einkerbung unterbrochen sein, oder der Gewindeabschnitt des Schaftes kann bei angezogener Schließmutter etwa mit dem Schlittßmuttergewinde enden und im Bereich des Abschnittes mit glatter Bohrung der Schließmutter am Bolzenschaft wenigstens eine Umfangsnut mit Gewinde abweichender Steigung und/oder abweichendem Profil· vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Bolzenverbindung vor dem Aufschrauben der Mutter, ao

F i g. 2 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles 2 in Fig. 1,

F i g. 3 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles 3 in Fig. 1,

F ί g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig.l,

Fig. 5 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 1 mit auf dem Bolzen aufgeschraubter Schließmutter, jedoch vor dem Einschnüren,

F i g. 6 einen F i g. 5 ähnlichen Schnitt nach Beendigung des Einschnüren der Schließmutter,

Fig. 7 einen Fig. 6 ähnlichen Schnitt nach dem Abnehmen des Einschnürwerkzeuges,

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 6,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Abwandlungsform des Bolzenschaftes,

Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht des innerhalb des Kreises 10 in F i g. 9 gelegenen Teiles,

Fig. IL einen Teilschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 10,

Fig. 12 einen Fig. 5 ähnlichen Schnitt einer weiteren abgeänderten Ausführung des Bolzenschaftes,

Fig. 13 einen der Fig. 12 ähnlichen Schnitt, der die Schließmutter nach dem Einschnüren darstellt,

Fig. 14 eine Seitenansicht einer weiteren abgeänderten Form des Bolzenschaftes und

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie 15-15 der Fig. 14.

Die in den Fig.l bis 8 dargestellte erste Ausführungsform besteht aus einem Bolzen 1 und einer Schließmutter 2. Zwei sich überlappende Bauteile 3 und 4 haben fluchtende Bohrungen 6 bzw. 6.

Der einstückig mit einem Bolzenkopf 7 versehene Bolzen I hat an dem freien Ende des Bolzenschaftes Gewindegänge 8 und einen zwischen Bolzenkopf und Gewindegängen gelegenen glatten Schaftabschnitt 9. In der dargestellten Ausführung sind die fluchtenden Bohrungen 6 und 5 zylindrisch. Die Bohrungen 5 und 6 können auch konisch sein und konzentrische öffnungen bilden. Der Schaftabschnitt 9 ist dann kegelig ausgeführt.

Am über den Bauteil 4 hinausragenden Gewindcabschnitt 8 ist in einem Abstand vom freien Ende eine oder mehrere Nuten 10 vorgesehen, die bis zum glatten Schaftteil 9 reichen. Diese Nuten 10 verlaufen unter einem Winkel zur Steigung der Gewindegänge 8 und bilden eine Drehsicherung, d. h. eine Einrichtung, die ein Lösen der Mutter verhindert, wie dies später noch beschrieben wird. ,

Im Außenende des Schaftes 8 ist eine Sechskantvertiefung 11 für einen Steckschlüssel vorgesehen, mit dem die Drehung des Bolzens 2 beim Aufschrauben der Mutter 2 verhindert werden kann.

Die Schließmutter 2 ist in Längsrichtung in einen Gewindeabschnitt 12 und einen konzentrischen glatten Abschnitt 13 unterteilt. Die Mutter 2 hat zylindrische Form, mit Ausnahme des äußeren Endabschnittes 14, der ein zwölfeckiges vertieftes Profil zur Aufnahme eines herkömmlichen Schraubenschlüssels hat. Der Abschnitt der Mutter 2, der den glatten Innenabschnitt 13 umschließt, hat eine gleichförmige Wandstärke und eine glatte konzentrische Außenfläche.

Wenn der Bolzen I in die in F i g. 1 dargestellte Stellung eingesetzt ist, wird die Mutter 2 auf den vorstehenden Abschnitt 8 des Bolzenschaftes aufgeschraubt. Der Gewindeabschnitt 8 und die Nuten 10 haben eine solche Länge, daß Änderungen des Aufschraubweges möglich sind.

Die Mutter 2 wird fest auf den Bolzen 1 aufgeschraubt, so daß die gegebenenfalls im Abstand voneinander stehenden Bleche 3 und 4 fest zusammengezogen werden. Bei weiterem Drehen wird im Schaft des Bolzens 1 eine Eigenspannung erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen Bolzenverbindung ist nur verhältnismäßig niedriges Drehmoment zum Anziehen der Mutter 2 erforderlich, weil die End-Zugspannung im Bolzenschaft durch Einschnüren des Mutterabschnittes 13 und Eindrücken in die darunterliegenden Gewindegänge 8 und die Verriegelungsnuten 10 aufgebaut wird.

In F i g. 5 ist ein Einschnür- oder Drückwerkzeug

15 in Ausgangsstellung auf der Mutter 2 und dem Bolzen 1 dargestellt. Das Werkzeug 15 ist bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung. Es besteht aus einem Rohr 16 mit einer runden konischen Mündung 17. In dem Rohr 16 liegt eine rohrförmige Spannbüchse 18 mt^f vier elastischen Preßbacken 19, von denen jede eine Bogenbreite von im wesentlichen einem Viertel des Umfanges der Spannbüchse 18 hat. Die Preßbacken haben kegelige Außenflächen 20, die komplementär der konischen ■ Ringfläche 17 verlaufen. Die Preßbacken 19 haben außerdem bogenförmige Preßrippen 21, die von winklig verlaufenden Seitenwänden 22 und 23 gebildet sind und in ebenen bogenförmigen Flächen 24 enden. In der dargestellten Ausführung beträgt der zwischen den Flächen 22 und 23 eingeschlossene Winkel etwa 60°. Jeder Preßbacken weist einen geradlinigen Zwischenabschnitt 25 auf, der in einer Ringschulter 26 endet.

Dem Preßwerkzeug wird eine Relativbewegung zwischen der Spannbüchse 18 und dem äußeren Rohr

16 erteilt, so daß sich das Rohr 16 in Richtung des Pfeiles 27 bewegt. Durch das Zusammenwirken zwischen den Kegelflächcn 17 und 20 werden die Preßbacken 19 radial nach innen bewegt, so daß sich die Preßrippen 21 in das Metall des Ringes 13 cindriikken und das Metall in der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Weise einschnüren und entlang einem schmalen Umfangsabschnitt der Mutter eine bleibende Umfangskerbe 28 (Fig. 2) formen. Bei diesem Kerbvorgang legen sich die bogenförmigen kegeligen Abschnitte 26 der Preßbacken 19 an eine auf dem Abschnitt 13 der Mutter 2 vorhandene komplementäre Endabschrägung 29.

Durch diesen Einschnür- oder Kerbvorgang der Preßrippen 21 wird der Teil der Mutter, der eine glatte Innenfläche und eine gleichförmige Wandstärke hat, verlängert.

Da die Mutter mit dem Bolzenschaft durch das Gewinde fest verbunden ist, erfolgt ein entsprechendes Längen des Bolzens, so daß dem Bolzen eine zusätzliche Eigenspannung gegeben wird.

Das nach innen gepreßte Material der Mutter wird auch in die Nuten 10 gedruckt, die unter einem Winkel zu den Gewindegängen liegen und eine Drehsicherung bilden.

Nach dem Einschnürvorgang werden die Teile des Werkzeuges wieder auf die in F i g. 5 dargestellte Stellung zurückgeführt, und das Werkzeug wird abgenommen. Das Einschnüren erfordert nur kurze Zeit.

In den Fig. 9, 10 und 11 ist eine abgeänderte Form der Drehsicherung dargestellt. Der nahe dem glatten Schaftteil 9 liegende Gewindeabschnitt weist von den Gewindegängen im Abstand stehende V-förmige Umfangsvertiefungen 30 auf. Wird die Mutter in die in F i g. 6 dargestellte Form eingeschnürt, dann wird das Metall der Mutter in die Vertiefungen 30 gedrückt.

Bei der in den Fig. 12 und 13 dargestellten abgeänderten Form des Bolzens weisen die auf dem vorstehenden Ende des Schaftes befindlichen Umfangsnuten am Ende einen Gewindeabschnitt 33 und einen daran angrenzenden Abschnitt auf, der mehrere in Längsrichtung im Abstand stehende Ringnuten 32 hat. Wird die Mutter nach dem Aufschrauben eingeschnürt (Fig. 13), dann wird das Metall der Mutter in die Ringnuten 32 eingedrückt, die gemeinsam mit dem Gewinde 31 als Drehsicherung dienen. "

Fig. 14 und 15 zeigen eine abgeänderte Form des Bolzens 1, dessen äußerer Schaftabschnitt 8 mit Gewindegängen 33 versehen ist. Der innen angrenzende Abschnitt des Schaftes wird von einer einzigen Ringnut 34 gebildet. Nach dem Einsetzen des Bolzens 1 wird das Metall der Mutter (Fig. 12 und 13) in die Nut 34 eingedrückt, die im Zusammenwirken mit dem Gewinde 33 als eine Drehsicherung dient.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungen werden die Muttern auf die Bolzen aufgeschraubt, damit gegebenenfalls die auf Abstand stehenden Bleche aneinandergezogen werden, so daß die Sicherheit besteht, daß die Gewindemutter an dem angrenzenden Blech anliegt und der anschließend ausgeführte Kerbvorgang das Längen des festliegenden Ringes bewirkt, um dem Bolzen eine zusätzliche Spannung zu geben. Die Summe der auf den Bolzen durch die Aufschraubwirkung und die Kerbwirkung zur Einwirkung gebrachten Spannungen bestimmt die Größe der in dem Bolzen vorhandenen Eigenspannung oder Vorbelastung. Diese Spannung oder diese Vorbelastung kann geändert werden, und zwar durch Ändern der Relativabmessung des auf die Mutter vorhandenen Gewindeabschnittes in bezug auf den glatten Abschnitt der Mutter, oder durch Ändern der Wandstärke des glatten Mutterabschnittes oder durch Ändern der Form und des Profils der Vorsprünge 21 und durch Regeln der Eindringtiefe der Vorsprünge in den Ring beim Einschnüren.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer vorbestimmten End-Zugspannung auf den Schaft einer aus Kopfbolzen und Schließmutter bestehenden Bolzenverbindung durch Setzen der Schließmutter gegen den vorgespannten Kopfbolzen und Einpressen der Schließmutter in wenigstens eine etwa im Umfangsrichtung des Bolzenschaftes verlaufende Nut od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die nur mit ihrem zum freien Schaftende hin liegenden Abschnitt mit Gewinde versehene Schließmutter bis zur Anlage der durch die Bolzenverbindung zu verbindenden Werkstücke miteinander auf den Kopfbolzen aufgeschraubt wird und in ihrem an die Auflagestirnfläche der Mutter angrenzenden Abschnitt in einem Teilumfangsbereich durch radiales Eindrücken so stark eingeschnürt wird, daß die dabei auftretende Längung der Schließmutter die für die Erreichung der vorbestimmten Bolzenzugspannung erforderliche axiale Pressung zwischen Kopf und Mutter bewirkt.

2. Bolzenverbindung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfbolzen (1) an seinem freien Schaftende (8) und die Schließmutter (2) nur in ihrem zum freien Schaftende hin liegenden Abschnitt (12) mit Schraubgewinde versehen sind, wogegen der einzuschnürende, an der Auflagestirnfläche der Mutter angrenzende Abschnitt (13) der Schließmutter (2) eine glatte Bohrung mit einem Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Bolzengewindes aufweist.

3. Bolzenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die glatte Bohrung aufweisende Abschnitt (13) etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Schließmutter einnimmt.

4. Bolzenverbindung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unter dem Einschnürungsbereich liegenden Gewindeabschnitt (8) des Bolzenschaftes (9) in an sich bekannter Weise wenigstens eine die Gewindegänge unterbrechende Längsnut (10) vorgesehen ist.

5. Bolzenverbindung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unter dem Einschnürabschnitt liegenden Gewindeabschnitt (8) des Bolzenschaftes (9) wenigstens einer der Gewindegänge durch wenigstens eine Einkerbung (30) unterbrochen ist.

6. Bolzenverbindung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (8) des Schaftes (9) bei angezogener Schließmutter (2) etwa mit dem Schließmuttergewinde (29) endet und im Bereich des Abschnitts (13) mit glatter Bohrung der Schließmutter (2) am Bolzenschaft (9) wenigstens eine Umfangsnut (32,34) mit dem Gewinde (31 bis 33) abweichender Steigung und/oder abweichendem Profil vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen