DE2014839A1 - Versuchsvorrichtung für Schraubverbindungsteile o.dgl - Google Patents
Versuchsvorrichtung für Schraubverbindungsteile o.dglInfo
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Description
BD/VT/ 16668
18. 3. 1970 ■ ,
mg .Leinweber
Dipi-ingl
München 2, Rosental 7
Tel. 261989 \
ff. Min 1970
SOGIBTE DES AUTOMOBILES SIMCA '
"Versuch svorrichtung für Schraubverbindungsteile ο .-dgl."
Die Erfindung betrifft eine Versuchsvorrichtung für die Ermittlung
der Kräfte die durch die Wirkung des ?estziehdrehinoments auf ·
Schraubverbindungsgewindeteile wie Schrauben, Bolzen, Muttern o.dgl.
entwickelt werden.
Die mechanische Industrie bzw. der Maschinenbau verwendet eine grosse Anzahl von Schrauben, Bolzen, Muttern und anderer Schraubverbindungsgewindeteile
bei denen es wichtig ist mit Genauigkeit die eigentlichen Eigenschaften und die bestejr Verwendun/'sbedingungen zu
kennen. Trotz der Normung, der Gestalten und Grossen dieser Teile,
können deren mechanische Eigenschaften wesentlich von denjenigen, die durch Berechnung vorraussehbar sind abweichen, unter Berücksichtigung
der unvermeidlichen Schwankungen in der Zusammensetzung des
Werkstoffes aus dem sie bestehen, der Einwirkung der Wärmebehandlungen o.dgl. auf das mikrokristallinische Gefüge dieses Werkstoffes
sowie der Genauigkeit, der Abmessungen und der Oberflächenbeschaffenheitfwelche
von dem. verwendeten Herstellungsverfahren abhängen.Demzufolge
bleibt die Durchführung von Versuchsprogrammen unerlässlich
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um die verschiedenen Aufgaben zu lösen, welche die Schraubverbindungsgewindeteile
den Entwicklungs.- bzw. Konstruktionsbüros stellen, wie z.B.die Wahl der Abmessungen, der mechanischen Eigenschaften,
der Oberflächenschutzbeläge bzw. Bezüge dieser Teile, sowie den
Arbeitsvorbereitungsabteilungen, zum Beispiel für die Brmittlung der den ?estziehdrehmomenten zu erteilenden Werte auf der Montagebahn
bzw. dem ■'liessband. Die zur Zeit zu diesem Zweck eingesetzten
Versuche ,wie Zigversuche und Härteprüfungen, ha!ien jedoch den Nachteil,
dass sie nur eine mittelbare Bestimmung der mechanis -hen Eigenschaften
der Schraubverbindungsteile ermöglichen und d'ass sie für manche
sogar wenigstens zerstörend wirken.
Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe,
eine Vorrichtung zu schaffen,für die nicht zerstörende Prüfung von
Schraubverbindungsteilen unter deren Betriebsbedingungen möglichst nahestehenden Verhältnissen, welche die Ermittlung durch eindeutiges
unmittelbares Ablesen des Wertes der durch dio Am/endum? eines
bekannten ?estziehdrehmomentes an einem Verbindungsgewindeteil
entwickelten Kräfte.
Zweckmässiger Weise ist die erfindungsgemässe Versuchsvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass sie in Zusammensetzung einsrinallgerneinei
rohrförmigen, eine grossearksiale Druckfestigkeit aufweisende
fassung umfasst, entlang dessen Achse ein Dehnungsmessgerät von
an sich bekannter Bauart angeordnet ist, bestehend aus einem zylindrisch hehlen Körper dessen mit flüssigkeit gefüllter Innenraum
mit einem äusseren Haarrörchen in Verbindung steht, wobei ein Ende
der Passung und ein entsprechendes Ende des Dehnungsmessers an einem selben bzw. gemeinsamen Untersatz befestigt sind, während
deren entgegengesetzte, freie und vone inander abstehende iinden jeweils
eine mit, einer abnehmbaren Lagerung versehene, ringförmige Scheibe
und ein auswechselbares festes An3-)tzstück tragen, zwischen welchen
die zu prüfenden Gewindeteile angeordnet sind.
Vorteilhafterweise besteht die Lagerung aus einem einachsLales
Druck,- bzw. Stützlager bildendes Wälzlager, z.B. eirem Kegelrollenlager
t dass in einem in das i'reie .'''asnungsende eingesteckten Ring
eingebaut ist und sie kam mit z.B. in einer Stirnverae nkung aufgenommenen
Abstandsringen verschiedener Höhen, versehen sein.
Nach einem anderen kennzeichnenden Merkmal der erfindungsgemässen
Versuchsvorrichtung, weist das Ansatzstück einen aohei'ilen
Durchgang mit oder ohne Innengewinde auf, zur Aufnahme des mit einem
Schraubgewinde versehenen oder gewindelosen Schaftes des zu
'" · 009842/1222
prüfenden Verbindungsteiles, sowie gegebenenfalls eine passende Lagerung-bzw. Unterbringung zur Aufnahme des Kopfes oder der Mutter
dieses Teiles. .
Dieses Ansatzstück kann unmittelbar auf das freie Ende des Drehungsmesser
s aufgeschraubt oder durch einen aufgeschraubten Deckel gehalten werden.
Es ist sofort ersichtlich, dass die Versuchseinrichtung* welche
den Erfindungsgegenstand bildet, nicht nur einfacher und billiger Gestaltung ist und sich zur Prüfung von Schraubverbindungsteilen
verschiedende? Arten eignet, sondern auch noch die genaue Messung
der Kräfte, denen die Gewindeteile in Abhängigkeit des auf ihnen
ausgeübten Drehmoments ausgesetzt sind, ermöglicht: die Halterung der Scheibe durch die abnehmbare, ein Drucklager bildende Lagerung
ermöglicht ja die Reibungswirkung der KopfunterStützung zu unterdrücken,
wobei die Messung der unter diesen Bedingungen angeleg- -ä
ten Zugkraft die gesonderte Ermittlung des in Abwesenheit dieses Lagers auf das Gewinäe angewandtai Reibungsbeiwertes und, unter sonst
gleichen Umständen, die Messung der Zugkraft die Berechnung des GesamtreihrigsbaLw erstes ermöglicht; der Reiburgsbei wert der Kopf unterunter Stützung ist von den Werten des Gesamt - und des dem Gewinde
entsprechenden Reibungskoeffizienten ableitbar, welche um so genauer
ermittelt werden als die iTestziehdrehmotnente mit grösserer
Genauigkeit aus den durch den Dehnungsmesser bewerkstelligten Zugskraftmessungen bekannt sind.
Gemäss noch einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung
steht der Innenraum des Dehnungsmessers einerseits mit einem einen, mit einen Merkzeiger o.dgl.-versehenen, ausserhalb der ?ass- ung
gelegenen durchsichtigen Teil aufweisenden Haarrörchen und an- I dererseits mit einem Holraum, der mit einem Tauchkolben dessen Verstellung
durch eine 7einstellschraube gesteuert wird, versehen ist.
Vorteilhafterweise ist eine in Zugkraftswerten ausgedrückte
Masseinteilung bzw. Skala der ?einstellschraube zugeordnet.
Diese Anordnungen ermöglichen mit Leichtigkeit die Messung der
Zugkräfte durch ein Null- Ablesungsverfahren vorzunehmen, welches
eine ausgezeichnete, von den Einflüssen jeder äusseren Parameter
unabhängige Genauigkeit gewährleistet.
Weitere Merkmale und Vorteile der den Gegenstand der Erfindung
bildenden Vorrichtung werden deutlicher beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung eines nicht einschränkenden in der beili-egenden
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels offenbart.
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In der Zeichnung stellt die einzige Abbildung einen achsialen
Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Prüfung von Schraubverbindungste'len dar.
Die in der Zeichnung veranschaulichte Versuchseinrichtung umfasst im wesentlichen eine im allge meinen rohrförmige i?assung M, dessen
eines Ende an dem Arbeitstisch T befestigt ist und in dessen Achse ein Dehnungsmesser J angeordnet ist, wobei das, den Versuchsgegenstand bildende ^erbindungsgewindeteil, z.B. eine Schraube V,
zwischen einem an dem freien Ende des Dehnungsmessers J angebrachten
Ansatzstück E und eine an dem entsnrechneden Ende der Fassung M
angebrachte Drehscheibe P angeordnet ist.
Der Dehnungsmesser J besteht im wesentlichen aus einer sogenanten "Amsler" ein Messgefäss bildende Eichungs.- bzw. Einstellungsbüchse welche- einen im allgemeinen zylindrisdien Körper umfasst mit einem
mittleren Innenraum 10 der durch eine wenig dicke Seitenwandung 11 begrenzt ist, zwischen zwei jeweils mit Schraubkappen 14, 15
versehenen Endmassen 12, 13, wobei das Gewinde zweckmä'ssigerweiseeine geringe Schraubensteigung nachdem internationalen Crewindesystem
aufweist.Der obere Klotz 13 weist eine einen engen quergerichteten
Durchgangskanal bildende Bohrung 16 auf, welche mit "em Hohlraum 10 durch einen Durchlass 17 in Verbindung steht; an
den Enden des Kanals 16 sind Kuplungsstücke 18, 19 angeordnet welche jeweils ein Haarrö'rchen 2o und eine Eichungs.- bzw. Messvorrichtung
23 tragen. Das aus Glas oder einem anderen geeigneten
durchsichtigen Stoff hergestellte Haarrö'rchen 20 endet mit einem kugelförmigen Ausdehnungsgefäss 21 und trägt einen z.B. aus einem
mit sanfter Reibung gleitenden Schiebering bestehenden Anzeiger fc 22. Die Eichungs.- b«w. Messvorrichtung 23 umfasst im wesentlichen
ein Rohr 24, dessen eines Ende in abdichtender weise am Kuplungsstück
19 befestigt 1st und dessen entgegengesetztes, mit einem feingängigen
Gewinde versehenes Ende eine HcKLschraube bzw. Schraubhülse 25
aufnimmt dessen gerändelter Kopf 26 einenaehsial gerichteten, eine
Dichtung 28 durchdringenden Stift 27 trä^t um einen Tauchkolben mit feinstufi^er bzw. mikrometrischer Verstellung zu bilden. Der
Hohlraum 10 des Dehnungsmessers J und seine zugehörigen Teile sind, mit Ausnahme des kugelförmigen Gefässes 21, mit einer flüssigkeit,
Vorzugsweise Quecksilber,gefüllt; das kugelförmige Ausdehnungsgefästi
21 ist zweckmässigerweise mit einem inerten Druckgas gefüllt um jegliche Unterbrechung der Quecksilbersäule in dem Haarrörchen
20 zu vermeiden.
0098A2/1222 BAD original
Der Dehnungsmesser J ist in der Achse der, im allgemeinen rohrförmigen fassung M angeornet, welche im wesentlichen einen1
festzuklammernden Sockel 30 und ein Kopfstück 40 umfasst', die
jeweils die Klotzteile 12 u. 13 des Dehnungsmessers J,
die durch eine konzentrisch zur Wandung 11 des Dehnungsmessers
angeordnete Zwischenmuffe bzw. Hülse 38 vereinigt sind, umgeben.
Der festzuklammernde Sockel 30 besteht aus einem rohrförmigen.
Glied mit einem sich an seinem unteren Ende befindlichen, einwandfrei
gerichteten .ussenflansch 31 , der auf dem Arbeitstisch T aufsetzt
mittels brt kenartiger Klammern 32 gehalten wird, die sich
auf kraftschlüssn ; mit dem Tisch verbundenen und mit die Klemmschrauben
35 der orückenartigen Klammern 32 aufnehmenden -Gewindelöcher
34 versehenen Unterlagen bzw. Beilagecheiben 33 abstützen.
An seinem oberen >]nde weist der festzuklammernde' Sockel 30 einerseits
eine innere, an die Stirnseite der verschraubten Kappe · *
14 des Dehnungsmessers J anliegende Schulter 36 und andererseits
eine ringförmige Ausholzung 37» welche das Einstecken des unteren Endes der Zwischenmuffe 38 ermöglicht, auf.
Das Kopfstück 40 der fassung M besteht ebenfalls aus einem
rohrförmigen Stück, dessen unteres Ende auf das obere Ende der Hülse M aufgesteckt ist, wobei Löcher-41 für den Durchgang der Haarrörchens
22 und der Eichungs bzw. Messvorrichtung 23 vorgesehen sind. Am· oberen Ende des Kopfstückes 40 ist eine ringförmige Querwand
42 gebildet, welche eine zylindrische Aussparung 43 begrenzt, in welcher entweder die, durch eine dicke runde in ihrer Mitte
durchgebohrte Scheibe gebildete Platte P, oder ein mit einem Vorsprung bzw. Bund ausgebildeten, mit einem die Platte tragenden
Kegelrollenlager versehenen und eine Zentrierungsausnehmung " f
aufweisenden Ring 44 hineinpasst. Die Oberseite der Scheibe P weist vorteilhafterweise eine Stirneenkung oder Vertiefung zur
Aufnahme eines auswechselbaren Abstandringes 45 auf.
Das zu prüfende Verbindungsteil, nämlich die Schraube V in
dem beschriebenen Beispiel, ist zwischen der Scheibe P der Tassurig
M und dem Ansatzstück E, welche auf dem Endklotzteil 13 des Dehnungsmessers
J befestigt sind, angeordnet. Das Ansatzstück E besteht aus einem, in der Form eines umgekehrten Napfes ausgebildeten
Glied, dessen nach aussen vorstehender Rand zwischen der Stirnseite des Klotzteiles 13 und dem auf diesem verschraubten
Deckel 15 eingefasst ist, wobei die Bßrührungsflächen zwischen
Ansatzstück und Deckel zweckmässigeiwelse kugelförmig ausgebildet
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sind.Der Oberteil des Ansatzstückes Ji ist von einem Gewindeloch
durchdrungen, in welches sich der Gewindeschaft der Schraube V einschraubt.
Das Gewinde dieses Loches kann weggelassen werden, wenn das Ansatzstück zur Prüfung eines SchraubbolzQis bestimmt ist und
folglich mit einer der ?orm des Bolzenkopfes oder der zugehörigen Mutter entsprechenden Ausnehmung versehen ist; selbstverständlich
können nach Bedürfnis der Versuche andere Arten von hohlen bzw. vollen Ansatzstücken verwendet werden.
Die soeben beschriebebe Versuchsvorrichtung arbeitet und wird
in folgenderweise verwendet:
Bevor ein Spannungsdrehmoment a-if den Kopf der Schraube V ausgeübt
wird, wird die JSiehungsvorrichtung 23 derart betätigt, dass
das Ende der Quecksilbersäule in dem Haarrörchen 20 gegenüber dem Anzeiger 22 zu liegen kommt. Ein Spannungsdrehmoment bestimmten
fß Wertes wird dann an die Schraube V z.B. mittels eines dynamometrischen
Schraubenschlüssels angelegt; die dadurch entstandene, auf den Dehnungsmesser J ausgeübte Zugkraft verursacht die Ausdehnung
desselben und somit die Vergrösserung des Fassungsvermögens bzw. Rauminhalts seines Innenraumes 10, also den Rücklau·" des Endes der
Quecksilbersäule in dem Haarrörchen 20. verdrängte Quecksilbermänge,
die ein Mass für die Ausdehnung des Dehnungsmessers J und
somit der auf den letzteren durch die Schraube V ausgeübten Zugkraft
ist, wird mit Hilfe der mit dem Tauchkolben 25 versehenen ieinstellschraube
bestimmt, dessen Drehung die Rückführung des Endes der Quecksilbersäule in die gegenüber dem Anzeiger 22 des Haarrö'rchens
20 liegende Stellung ermöglicht. Unter Voraussetzung einer vorher durchgeführten Eichung, stellt also der Drehwinkel der Feinstellschraube
25 ein Mass der Aohsialkraft die unter der Wirkung
des an ihr angelegten Drehmoments au:' die Schraube V ausgeübt wird, darjäanaiColge ist die der feinst eil schraube 25 zugeordnete Skala
vorteilhaft in Krafteinheiten aufgestellt u·; eine unmittelbare Ablesung
zu. ermöglichen, wobei eine Umdrehung der Schraube z.B. 1000 daN entspricht.
Zwei Versuche, wobei der eine mit unmittelbarer Abstützug der Scheibe P auf den Kopf 40 der fassung M und der andere mit Zwischenschaltung
des Rollenlagers R durchgeführt wird, ermöglichen
die Reibungswirkung der Unterstützung für jedea Spannungsdrehmoment
zu ermitteln und somit den Gewinderelbungsbeiwert zu berechnen.
Jede Messung erfordert nicht mehr als eine Minute und die
Genauigkeit (bis auf 5 daN) der durch die Vorricht mg gestattete
009842/1222 bad original
unmittelbare Ablesung der Kräfte erleichtert wesentlich die Durchführung
der Versuchsprogramme. Die Anpassung der Vorrichtung an die Prüfung von Verbindungsteileη verschiedener Arten erfordert höchstens
die Auswechselung des Ansatzstückes E und und / oder des Abstandsringes 45. In allen fällen sind die Messergebnisse realistischer
als bei den üblich vorgenommenen Versuchen; insbesondere geben die mittels, der erfindungsgemassen Vorrichtung aufgestellten
Drehmoment/Kraft-Kurven eindeutig die wirkliche Elastizitätsgrenze
der geprüften Teile an, unter Verhältnissen die so nahe wie möglich
denjenigen deren praktischen Verwendung kommen.
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Claims (8)
- Versuchsvorrichtung für die Ermittlung der durch die Wirkung eines auf VerbindungsgewindeteLIe wie Schrauben, Bolzen, Muttern o.dgl. ausgeübten Spannung;: Irehmoments entwickelten Kräfte, dadurch gekennzeichnet ,dass es eine im allgemeinen rohrförmig, eine starke aohsiale Druckfestigkeit aufweisende fassung (M) umfasst, in dessen achsLal richtung ein an sich bekannter Dehnungsmesser (J) angeordnet ist welcher aus einem zylindrischen Hohlkörper (11) besteht, dessen mit flüssigkeit gefüllter Innenraum (10) mit einem äusserem Haarrörchen (20) in Verbindung steht, wobei ein Ende der Fassung und das entsprechende Ende (12) des Dehnungsmessers an einem gemeinsamen Sockel (30) befestigt sind, während deren entgegengesetzten, freien, achsial voneinander abstehenden ^nden jeweils fc eine mit einem abnehmbaren lager (R) versehene Ringscheibe (P) und ein festes, auswechselbares Ansatzstück (E) tragen, zwischen welche die zu prüfenden Gewindeteile angeordnet sind.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (R) aus einem einenachsialen Anschiß bzw. ein Drucklage" bildendes Rollenlager, z.B. aus einem Kegelrollenlager besteht, welches in einem auf das freie Ende der Fassung (M) aufgesteckten Ring (44) angeordnet ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (P) mit z.B. in Versenkungen aufgenommenen Abstandsringen (45) unterschiedlicher Höhe versehen ist.
- 4. Vorrichtung nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daesdas Ansatzstück (E) einenachsialen Durchgang mit™ oder ohne Gewinde aufweist, zur Aufnahme des Gewinde - bzw. gewindelosen Schaftes des zu prüfenden Verbindungsteiles (V) sowie gegebenenfalls einen zur Aufnahme des Kopfes oder der Mutter dieses Teiles ausgebildeten Sitz.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (S) unmittelbarauf das freie Ende (13) des Dehnungsmessers (J) aufgeschraubt ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (E) durch einen auf das freie Ende (13) des Dehnungsmessers (J) aufgeschraubten Deckel (14) gehalten wird.
- 7. Vorrichtung nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (10) des Dehnungsmessers (J) einerseits mit dem Haarrörchen (20) welches auaserhalb der fassung009842/1222BAD ORIQfNAL"* 2014B39(M)ednoi. mit einem Anzeiger (22) Versehenen durchsichtigen Teil aufweist und andererseits mit einan begrenzten Raum (24) der mit einem Tauchkolben (29) dessen Verstellung durch eine Feinstellschraube (25) gesteuert wird, in Verbindung steht.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Zugkrafteinheiten aufgestellte Skala der ?einsteilschraube (25) zugeordnet ist.«as 0.09842/1222Leerseite
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