DE2014839A1 - Versuchsvorrichtung für Schraubverbindungsteile o.dgl - Google Patents

Versuchsvorrichtung für Schraubverbindungsteile o.dgl

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DE2014839A1
DE2014839A1 DE19702014839 DE2014839A DE2014839A1 DE 2014839 A1 DE2014839 A1 DE 2014839A1 DE 19702014839 DE19702014839 DE 19702014839 DE 2014839 A DE2014839 A DE 2014839A DE 2014839 A1 DE2014839 A1 DE 2014839A1
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Jean Chatou Boutet (Frankreich)
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Societe des Automobiles Simca, Paris
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Length-Measuring Instruments Using Mechanical Means (AREA)

Description

BD/VT/ 16668
18. 3. 1970 ■ ,
Patentanwälte
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
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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- 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.
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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 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
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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)

  1. 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. 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. 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. 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. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansatzstück (S) unmittelbarauf das freie Ende (13) des Dehnungsmessers (J) aufgeschraubt ist.
  6. 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. 7. Vorrichtung nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (10) des Dehnungsmessers (J) einerseits mit dem Haarrörchen (20) welches auaserhalb der fassung
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    BAD ORIQfNAL
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    (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. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Zugkrafteinheiten aufgestellte Skala der ?einsteilschraube (25) zugeordnet ist.
    «as 0.09842/1222
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