DE202008012922U1 - Vorspannvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Abnehmbare Vorspannvorrichtung für anziehdrehmomentfreies Spannen von einem aus einem Bauteil (1) ragenden Stift (2), der mit einem durch Axialkraft nicht beweglichen Zugelement (4) versehen ist, wobei ein Expansionselement (5), welches zum formschlüssigen Abstützen gegen das Bauteil (1) und gegen das Zugelement (4) ausgebildet ist und durch Expansion eine Zugspannung in dem Stift (2) hervorruft, und eine Bedieneinrichtung vorgesehen sind, die eine Betätigung eines Spannungssicherungselementes (3) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionselement (5) einen Schraubenaufsatz (6), welcher sich auf das Bauteil (1) abstützt, und ein Spannelement (7), welches am Zugelement (4) anliegt, umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und über Keilflächen komplementär zusammenwirken.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorspannvorrichtung für aus Bauteilen ragende Stifte, Schrauben und Bolzen, welche eine anziehdrehmomentfreie Vorspannung ermöglicht. Weiterhin ist sie nach erfolgtem Spannvorgang vollständig abnehmbar.
  • Es sind abnehmbare Vorspannvorrichtungen für Stifte, Schrauben usw. bekannt, bei denen sich ein oben liegendes hydraulisches Spannelement über ein integral oder gesondert ausgeführtes Zwischenstück nach unten auf ein Bauteil abstützt ( US 6,065,737 ). Wird das Spannelement mit Druck beaufschlagt, drückt es ein am Stift befestigtes Zugelement vom Bauteil weg, wodurch im Stift eine Zugspannung induziert wird. Das Zwischenstück weist einen solchen Innendurchmesser auf, dass es eine auf den zu spannenden Stift aufgesetzte Mutter umgreift. Sie hält den Stift nach erfolgter Vorspannung im gespannten Zustand und fungiert somit als Sicherungselement. Im Bereich dieser Mutter sind fensterartige Öffnungen im Zwischenstück angeordnet, um die Mutter ver drehen zu können. Nach erfolgter Sicherung kann die Vorspannvorrichtung vollständig entfernt werden.
  • Weiter ist eine Schnellspannvorrichtung bekannt, bei der ein Stift durch die senkrechte Verschiebung zweier Keile unter Zugspannung gesetzt wird ( US 5,785,461 ). Dabei wird einer der Keile mit einem Hammer getrieben. Die Vorrichtung kann zwar sicher hohe Spannkräfte aufbringen, muss aber nach erfolgtem Spannvorgang an Ort und Stelle verbleiben. Sie kann damit nicht zum Spannen anderer Verbindungen weiterverwendet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorspannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche weniger aufwendig ist und nach erfolgtem Spannvorgang vollständig entfernt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei einer abnehmbaren Vorspannvorrichtung für anziehdrehmomentfreies Spannen von einem aus einem Bauteil ragenden Stift, der mit einem durch Axialkraft nicht beweglichen Zugelement versehen ist, wobei ein Expansionselement, welches zum formschlüssigen Abstützen gegen das Bauteil und gegen das Zugelement ausgebildet ist und durch Expansion eine Zugspannung in dem Stift hervorruft, und eine Bedieneinrichtung vorgesehen sind, die eine Betätigung eines Spannungssicherungselements ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Expansionselement einen Schraubenaufsatz, welcher sich auf das Bauteil abstützt, und ein Spannelement, welches am Zugelement anliegt, umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und über Keilflächen komplementär zusammenwirken.
  • Vorab seien einige Begriffe definiert:
    Der Begriff Stift bezieht sich auf das durch eine Öffnung aus einem Bauteil ragende Ende eines zweiten Körpers. Der Stift kann sowohl gewindetragend sein oder eine beliebige andere Möglichkeit (z. B. umlaufende Nut) zum Eingriff eines Spannungssicherungselement (z. B. Spannfeder) besitzen, als auch eine glatte Oberfläche aufweisen. Diese Definition eines Stiftes schließt Schrauben und Bolzen mit ein.
  • Der Begriff Spannungssicherungselement beschreibt ein Element, welches den Stift nach erfolgter Vorspannung so gegen das Bauteil absichert, dass bei Entfernung der Vorspannvorrichtung die Zugspannung zumindest in dem Teil des Stiftes, der nicht aus dem Bauteil ragt, erhalten bleibt. Hierbei kann es sich z. B. um eine gewöhnliche Mutter handeln.
  • Mit Bauteil ist das Teil gemeint, gegen das sich zunächst das Expansionselement und anschließend das Spannungssicherungselement abstützten. In der Regel handelt es sich um dasjenige Bauteil, gegen das der Stift gespannt wird; also der Flansch im Fall einer geschraubten Rohrverbindung.
  • Das Zugelement ist vom Bauteil beabstandet und so am zu spannenden Stift befestigt, dass es sich bei vom Bauteil weggerichteten Krafteinwirkung in Axialrichtung nicht verschiebt. Grundsätzlich ist jede beliebige Verdickung des Stiftes als Zugelement denkbar. Es kann sich also z. B. auch um einen Schraubenkopf handeln. Vorteilhafterweise ist das Zugelement jedoch kein integraler Bestandteil des Stiftes, sondern abnehmbar. Es kann sich beispielsweise um eine aufzuschraubende Mutter handeln. Auch sind reibschlüssige Zugelemente denkbar. Dabei sperrt z. B. ein keilförmiger Ring oder eine Vielzahl kleiner, radial angeordneter Keile die Relativverschiebung zwischen Stift und Expansionselement. Im spannungsfreien Zustand kann ein solches Keilelement ohne weiteres entfernt werden.
  • Kern der Erfindung ist der Gedanke zwischen Bauteil und Zugelement ein Expansionselement anzuordnen, das aus zwei keilförmigen Teilen besteht: einem Schraubenaufsatz und einem Spannelement. Die beiden Teile sind gegeneinander in einer solchen Weise beweglich, dass sie sich bei Betätigung in Richtung des Zugelements ausdehnen. Dazu können Führungen vorgesehen sein. Mit ihnen werden eine sichere Positionierung und damit eine einfachere Anwendung ermöglicht. Durch die Ausdehnung wird das Zugelement mit erheblicher Zugkraft beaufschlagt, so dass sich der Stift entsprechend längt. Dieser gespannte Zustand wird durch Betätigen des Spannungssicherungselements gehalten, so dass die erfindungsgemäße Vorspannvorrichtung abgenommen werden und weiterverwendet werden kann.
  • Der Schraubenaufsatz besitzt eine Durchführung, in die der Stift aufgenommen werden kann. Da der Schraubenaufsatz vorzugsweise gegenüber dem Stift nicht verschiebbar ist, kann, die Durchführung komplementär zu dem Stift ausgebildet sein, womit eine Fixierung mindestens in Radialrichtung gegeben ist. Mit der Unterseite stützt sich der Schraubenaufsatz gegen das Bauteil ab. Er weist dazu an seiner Unterseite eine Abstützfläche auf, die vorzugsweise eben ausgebildet ist; es können aber auch Adapter vorgesehen sein, um sich gegen jede beliebige Oberflächenform des Bauteils abstützen zu können. Der Schraubenaufsatz weist weiterhin eine Ausnehmung für das Spannungssicherungselement auf. Zweckmäßigerweise sind Einrichtungen zur Bedienung des Spannungssicherungselements vorgesehen. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um mindestens eine Öffnung im Schraubeneinsatz handeln, durch welche beispielsweise eine Sicherungsmutter verdreht werden kann. Andere manuelle sowie automatische Sicherungsmechanismen sind aber ebenso möglich. Einige von diesen werden später noch anhand der Ausführungsbeispiele vorgestellt. Die vom Bauteil abgewandte Oberseite des Schraubenaufsatz liegt nicht senkrecht zur Stiftachse. Damit ergibt sich im Querschnitt entlang dieser Achse des Schraubenaufsatzes eine Keilform im Gesamten. Die Abmaße in Radialrichtung sind unterdessen beliebig. Bevorzugt kann der Schraubenaufsatz einen elliptischen oder einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Stiftachse aufweisen.
  • Das Spannelement ist ebenfalls keilförmig ausgeführt, wobei die Normale der Unterseite vorzugsweise den gleichen Winkel gegenüber der Stiftachse aufweist, wie die der Oberseite des Schraubenaufsatzes. So wird erreicht, dass im montierten Zustand die Unterseite des Schraubenaufsatzes und die Oberseite des Spannelements parallel sind, und der Abstand zwischen diesen durch Verschieben der beiden Elemente gegeneinander in Steigungsrichtung einstellbar ist. Hierfür weist das Spannelement bevorzugt ein Langloch auf, welches einen Teil der Durchführung des Stifts bildet und entlang dessen das Spannelement verschoben werden kann. Dabei ist die Längendimension vorzugsweise parallel zur Steigungsrichtung des Keils. Es sind jedoch auch alle anderen Winkellagen des Loches denkbar, sofern die Längendimension nicht senkrecht zur Steigungsrichtung des Keils steht. Das Spannelement kann in Radialrichtung des Stiftes die gleichen Abmaße aufweisen wie der Schraubenaufsatz. Bevorzugt ist die Ausdehnung in Verschiebungsrichtung aber so bemessen, dass unabhängig von der Relativposition gegenüber dem Schraubenaufsatz dessen vollständige Oberseite zur Kraftübertragung genutzt wird.
  • Sollte das Zugelement nicht lösbar am Stift befestigt sein, so müssen Schraubenaufsatz und Spannelement von diesem trennbar ausgeführt sein. Dazu können beide teilbar gestaltet sein, wobei mindestens eine Trennfläche zwischen den Teilen so liegen muss, dass bei einem Zusammenfügen der Teile der zu spannende Stift in die dafür vorgesehene Durchführung gelangt. Alternativ kann der Stift auch in die Durchführung in Schraubenaufsatz und Spannelement eingefädelt werden. Im Falle des Spannelements ließe sich beispielsweise die Durchführung als ein zu einer Seite offenes Langloch gestalten. Damit wäre es möglich, das Spannelement seitlich über den Stift zu schieben. Ähnliches ist auch beim Schraubenaufsatz möglich.
  • Die Keilflächen, über welche das Spannelement und der Schraubenaufsatz miteinander zusammenwirken, brauchen nicht zwingend unmittelbar an diesen Komponenten angeordnet sein. Es können auch gesonderte Keilstücke vorgesehen sein, die zwischen dem Schraubenaufsatz und dem Spannelement angeordnet sich auf einem der beiden abstützen und über eine eigene Keilfläche mit dem anderen der beiden zusammenwirken. Damit kann eine der beiden Komponenten, der Schraubenaufsatz oder das Spannelement, mit einer flachen, nicht-keilförmigen Oberfläche ausgebildet sein; die zum Zusammenwirken als Expansionselement erforderliche Keilfläche ist in diesem Fall durch die als Zwischenstücke fungierenden Keilstücke bereitgestellt. Dies vereinfacht die Fertigung der Komponenten, da insbesondere bei dem ohnehin recht komplexen Schraubenaufsatz somit auf die Ausbildung einer Keilfläche verzichtet werden kann. Weiterhin ist zu erwarten, dass sich im Betrieb einstellender Verschleiß primär an den Keilflächen zeigt, und diese durch Austauschen der Zwischenstücke dann leicht erneuert werden können. Vorzugsweise sind mindestens zwei Keilstücke vorgesehen, die gegenüberliegend in Bezug auf den Stift angeordnet sind. Damit ergibt sich eine gleichmäßige Zugführung auf den Stift, die ein unerwünschtes Verkanten vermeidet.
  • Vorzugsweise sind seitlich vorragende Treibköpfe vorgesehen. Sie dienen dazu, die Keilstücke bei der Betätigung des Expansionselements zu bewegen, um so die gewünschte Spannwirkung herbeizuführen. Durch die seitlich herausgeführte Bauweise ist ein einfacher Angriff ermöglicht, wodurch sich die Betätigung vereinfacht. Vorzugsweise sind Stellschrauben an den Treibköpfen vorgesehen, die sich an dem Schraubenaufsatz bzw. dem Spannelement als Widerlager abstützen. Zur vereinfachten Betätigung kann ein Ausgleichselement vorgesehen sein. Eventuelle Ungleichmäßigkeiten beim Anziehen der Stellschrauben, die gegebe nenfalls zu einem Verkanten führen könnten, können auf diese Weise ausgeglichen werden. Das Ausgleichselement kann wippenartig ausgeführt sein, was den Vorteil konstruktiver Einfachheit für sich buchen kann, oder es kann sich um eine aufwendigere Synchronantriebseinrichtung handeln, welche beim Betätigen nur eines Organs mehrere Stellschrauben gleichmäßig eindreht. Der Bedienungskomfort sowie die Sicherheit vor unerwünschtem Verkantungen und damit die Betätigungssicherheit wird durch ein derartiges Ausgleichselement erhöht.
  • Das gegenseitige Verschieben der beiden Komponenten des Expansionselementes kann auf mehrere Weisen bewerkstelligt werden. In der einfachsten Ausführung sind keine besonderen Einrichtungen hierfür vorgesehen. Die Verschiebung erfolgt durch ein konstantes oder stoßartiges Aufbringen einer Verschiebekraft auf das Expansionselement, so z. B. durch das Schlagen mit einem Hammer. Vorzugsweise ist allerdings eine Mechanik vorgesehen, die eine stoßartige Belastung vermeidet und die Relativverschiebung genau einzustellen vermag. Hierbei kann es sich um eine oder mehrere Stellschrauben handeln, die in ein Gewinde im Schraubenaufsatz greifen und durch das Spannelement geführt sind. Durch ein Anziehen dieser Schrauben bewegt sich der Schraubenkopf senkrecht zum Stift und verschiebt das Spannelement. Eine weitere Möglichkeit ist ein Schnecke-Zahnstangen-Trieb. Dafür ist eines der beiden Teile des Expansionselementes mit einer Zahnstange an der dem anderen Teil zugewandten Oberfläche ausgestattet, in die eine am anderen Teil montierte Schnecke eingreift. Das Verdrehen der Schnecke bewirkt eine Verschiebung der beiden Teile gegeneinander.
  • Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein abnehmbares Expansionselement für anziehmomentfreies Spannen gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Für nähere Erläuterungen wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
  • 1: einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel im ungespannten Zustand mit jeweils einer Mutter als Spannungssicherungs- und Zugelement;
  • 2: einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel im ungespannten Zustand mit Schraube-Zahnstange-Antrieb und einem nicht abnehmbaren Zugelement;
  • 3: einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel im gespannten Zustand mit einfachen Schraubenvortrieb und zwei Keilringen als Spannungssicherung- und Zugelement, und
  • 4: einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel mit zwei Keilstücken für das Expansionselement.
  • In 1 ist ein aus einem Bauteil 1 ragender Stift 2, der vorgespannt werden soll, zusammen mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorspanneinrichtung dargestellt. Der Stift trägt ein Außengewinde 21. Für die Sicherung ist eine erste Mutter als Spannungssicherungselement 3 vorgesehen. Die Vorspanneinrichtung umfasst ein Zugelement 4, das gebildet ist von einer zweiten Mutter, und ein Expansionselement 5, das als Komponenten einen Schraubenaufsatz 6 und ein Spannelement 7 umfasst.
  • Zunächst wird das Spannungssicherungselement 3 locker auf den Stift 2 aufgedreht, bis es am Bauteil 1 anliegt. Ein festes Anziehen ist nicht erforderlich. Anschließend wird das Expansionselement 5 wie dargestellt auf den Stift aufgesetzt, und dann wird die zweite Mutter als das Zugelement 4 aufgeschraubt. Auch hierfür ist kein festes Anziehen erforderlich, ein lockeres Anziehen mit der Hand ist völlig ausreichend.
  • Das Spannelement 7 und der Schraubenaufsatz 6 sind komplementär keilartig geformt, wobei die Unterseite 70 des Spannelements eine Schrägfläche bildet und auf der mit komplementären Keilwinkel ausgebildeten Oberseite 61 des Schraubenaufsatz 6 aufliegt. Das Spannelement 7 weist ein Langloch 72 als Durchführung auf, durch welches der Stift 2 geführt ist. Bei einer gegenseitigen Verschiebung in Keilrichtung gleiten die beiden Komponenten aufeinander auf, so dass sie gemeinsam eine größere Höhe einnehmen, und bei Bewegung in Gegenrichtung entsprechend die Höhe vermindert wird. Auf dieser Höhenänderung beruht die Wirkung des Expansionselements 5.
  • Außer zum Expandieren nutzt die Erfindung die Keilwirkung weiter dafür, die zum Verstellen erforderlichen Kräfte zu verringern. Durch die Schrägung ergibt sich eine Kraftübersetzung, die durch den Kehrwert des Tangens des Keilwinkels (1/tan φ) bestimmt ist. Damit können die zum Expandieren erforderlichen Kräfte soweit verringert werden, dass auch mittels einer Mechanik sehr hohe Spannkräfte aufgebracht werden können, die bisher häufig hydraulisch betätigten Spannvorrichtungen vorbehalten waren. Gesonderte Triebeinrichtungen zur Bewirkung der Verschiebung sind daher nicht erforderlich; dennoch können sie vorgesehen sein.
  • Die Erfindung nutzt die Keilwirkung noch in einer dritten Weise, nämlich die Haftreibung. Um das Spannelement 7 gegen den Schraubenaufsatz 6 zu verschieben (wie durch einen Richtungspfeil dargestellt), werden Hammerschläge auf eine als Schlagkopf fungierende Oberfläche 71 aufgebracht. Der Begriff des Schlagkopfs ist hier weit zu verstehen und umfasst nicht nur klassische Schlagköpfe mit einem vorstehenden Verdickungselement, sondern auch ebene zum Aufnehmen von Hammerschlägen aus gebildete Oberflächen. Hat sich das Spannelement 7 unter der Wirkung eines Hammerschlags in Richtung 9 verschoben, so wird es von der an der Schräge auftretenden Haftreibung an einer unerwünschten Rückbewegung gehindert, so dass mit dem nächsten Hammerschlag unmittelbar eine weitere Bewegung in Richtung 9 erreicht werden kann. Da die Haftreibung mit der erreichten Spannkraft ansteigt, funktioniert diese Selbsthemmung auch noch bei hohen Spannkräften. Aufwendige Rücklaufsperren sind damit nicht erforderlich; auch ist kein konstantes Druckhalten wie bei hydraulischen Spannvorrichtungen erforderlich.
  • Durch diese Verschiebung in Zusammenhang mit der Steigung der Flächen 61, 70 zwischen Schraubenaufsatz 6 und Spannungselement 7 wird über das Zugelement 4 eine Zugspannung im Stift 2 induziert.
  • Die Verschiebung in Richtung 9 erfolgt soweit, bis die gewünschte Vorspannung in dem Stift 2 erreicht ist. Die Bestimmung der tatsächlich erreichten Vorspannung kann auf an sich herkömmliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Dehnungsmessung am Stift 2 oder durch Ermitteln der erreichten Längung des Stifts 2.
  • Aufgrund der Längung des Stifts 2 unter Wirkung der Zugspannung liegt das Spannungssicherungselement 3 nicht mehr auf dem Bauteil 1 auf. Es wird dann heruntergeschraubt, bis es auf dem Bauteil 1 aufliegt, und dann festgezogen. Um dies zu ermöglichen ist im Schraubenaufsatz 6 eine Öffnung 62 vorgesehen. Durch sie kann ein Werkzeug (nicht dargestellt) zum Verstellen des Spannungssicherungselements geführt sein. Im einfachsten Fall handelt es sich um ein stabförmiges Werkzeug, welches mit seiner Spitze in an der Außenseite der Mutter des Spannungssicherungselements 3 angeordnete Vertiefungen eingreift, und somit die Mutter sukzessive durch angezogen werden kann. Es ist anzumerken, dass trotz Werkzeugeinsatz ein festes Anziehen der Mutter weiterhin nicht nötig ist; der Stift 2 bleibt damit wei terhin anziehdrehmomentfrei. Die die Längung des Stiftes 2 unterhalb des Spannungssicherungselementes 3 ist damit konserviert, so dass die erfindungsgemäße Vorspannvorrichtung nach dem Spannvorgang abgenommen werden kann und dennoch die Spannung im Stift 2 aufrechterhalten wird.
  • Das Abnehmen der Vorspannvorrichtung geschieht bei der in 1 dargestellten Ausführungsform mit abnehmbaren Zugelement 4 wie folgt. Das Zugelement 4 wird entfernt, wobei es in den meisten Fällen empfehlenswert ist, zunächst das Spannelement 7 wieder ein Stück entgegen der Richtung 9 zu bewegen, um das Zugelement 4 zu entlasten. Sobald das Zugelement 4 entfernt ist, kann auch das Expansionselement 5 einfach abgenommen werden.
  • In 2 ist eine alternative Ausführungsform mit einem nichtabnehmbaren Zugelement 4' dargestellt. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich hierbei um einen Schraubenkopf. Der Stift 2' ist als eine Schraube ausgeführt; damit weist er wie bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ein Außengewinde 21 auf; als Spannungssicherungselement 3 ist wiederum eine Mutter vorgesehen. Soweit nicht anders beschrieben, entsprechen die übrigen Elemente denjenigen aus dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und tragen dieselben Bezugsziffern.
  • Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zum Anziehen des Spannungssicherungselements 3 nicht einfach nur eine Öffnung vorgesehen, durch die geeignetes Werkzeug gesteckt werden kann, sondern es ist eine zusätzliche Antriebseinrichtung 8 vorgesehen, welche das Anziehen bewerkstelligt. Sie umfasst ein Greifelement 80, welches das Spannungssicherungselement 3 wie ein Maulschlüssel umfasst, und eine an dessen äußerem Rand angeordnete umlaufende Zahnstange 81, in die wiederum eine Schnecke 82 eingreift, welche an dem Schraubenaufsatz 6' angeordnet ist und durch einen nicht dargestellten Drehantrieb betätigt werden kann. Wird die Schnecke 82 durch den Drehantrieb rotiert, erfolgt eine Längsverschiebung der Zahnstange 81, wodurch wiederum über das Greifelement 80 das Spannungssicherungselement 3 verdreht und somit angezogen wird.
  • Da das Zugelement 4' fest mit dem Stift 2' verbunden ist, kann das Expansionselement 5 nicht einfach aufgesteckt werden, sondern muss seitlich an den Stift 2' herangebracht werden. In 2 sind hierzu zwei Optionen dargestellt. Der Schraubenaufsatz 6' sowie das Greifelement 80 zur Verdrehung des Spannungssicherungselements 3 weisen jeweils eine schlitzartige Öffnung auf, durch die der Stift 2' geführt werden kann. Im Falle des Schraubenaufsatzes 6' ist die Durchführung, durch die der Stift 2' normalerweise geführt wird, als ein einseitig offenes Langloch 63 ausgeführt. Das Spannelement 7' ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt. Dabei läuft die Trennfläche durch die Durchführung für den Stift 2'. Die beiden Teile des Spannelements 7' können so getrennt voneinander seitlich an den Stift 2' herangeführt und so zusammengefügt werden, dass sie den Stift 2' umschließen. Optional können die beiden Teile über eine Sicherungseinrichtung lösbar miteinander verbunden werden. Dazu sind in diesem Ausführungsbeispiel Schrauben 73 vorgesehen. Nach erfolgter Vorspannung und Spannungssicherung kann die Sicherungseinrichtung durch Lösen der Schrauben 73' gelöst, die Teile des Spannelements 7' entfernt und der Schraubenaufsatz 6' entlang des Langlochs 63 ausgefädelt werden, so dass schließlich das komplette Expansionselement 5' abgenommen ist.
  • Der Vortrieb des Spannelements 7' wird in diesem Beispiel durch eine gesonderte Einrichtung, einen Schnecke-Zahnstange-Trieb, realisiert. Dafür ist ein Teil der Oberfläche 61' des Schraubenaufsatzes 6' mit einer Verzahnung 64' ausgestattet. In diese Verzahnung 64' greift eine am Spannelement 7' drehbeweglich und schubfest gelagerte Schnecke 74' ein, die durch einen nicht dargestellten Mechanismus gedreht werden kann. Durch eine Ver drehung der Schnecke 74' kann das Spannelement 7' in Richtung 9 verschoben werden, wodurch die Zugspannung im Stift 2' erzeugt wird.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorspanneinrichtung dargestellt, das im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen einen Stift 2'' ohne Gewinde aufweist. Das Expansionselement 5 ist in seinem vollständig expandierten Zustand dargestellt.
  • Das Spannungssicherungselement 3'' ist in diesem Ausführungsbeispiel als Keilring mit einem oberen Ring 31 und einem unteren Ring 32 ausgeführt. Der obere Ring 31 besitzt dabei eine vom Bauteil 1 wegweisende Keilform und liegt eng, aber verschiebbar am Stift 2'' an. Der untere Ring 32 ist als eine Negativform zu dem oberen Ring 31 ausgebildet und stützt sich auf das Bauteil 1 ab. Bevorzugt ist, dass der untere Ring 32 aus einem Material gefertigt ist, das eine geringere Dehnung als das des oberen Rings 31 aufweist. Längt sich der Stift 2'' unter der Wirkung der Vorspannvorrichtung (bewegt sich in 3 also „nach oben”), so kann der obere Ring 31 in Gegenrichtung verschoben werden, was selbsttätig allein unter der Wirkung der Schwerkraft erfolgen kann, bis er am unteren Ring 32 zur Anlage kommt. Versucht der Stift 2'' sich nun entgegen der Längung aufgrund seiner Elastizität zurückzuziehen (bewegt sich in 3 als „nach unten”), keilt sich der obere Ring 31 so zwischen dem Stift 2'' und dem unteren Ring 32 ein, dass aufgrund einer Reibschlussverbindung die Bewegung des Stiftes 2'' unterbunden wird. Wie erwähnt kann die Verschiebung des oberen Ringes 31 selbsttätig durch die Schwerkraft bewerkstelligt werden; reicht diese Kraft nicht aus, oder wirkt sie dem gewünschten Effekt entgegen, so kann wie in 3 gezeigt eine Feder 10 vorgesehen sein, die auf den oberen Ring 31 einwirkt und diesen verschiebt. Der untere Ring 32 braucht nicht zwingend als ein gesondertes Element ausgeführt sein, sondern kann auch integral im Bauteil 1 durch eine entsprechende Ausformung realisiert sein. In entsprechender Weise kann das Zugelement 4 als Keilring mit einem oberen Ring 41 und einem unteren Ring 42 ausgeführt sein.
  • Die Verschiebung des Spannelements 7 gegenüber dem Schraubenaufsatz 6 wird durch das Eindrehen einer Stellschraube 66 erreicht. Die Stellschraube 66 greift in eine Gewindebohrung im Schraubenaufsatz 6 und wird durch eine vertikal ausgedehnte Horizontalbohrung 74 im Spannelement 7 geführt. Ein Kopf 67 der Schraube 66 stützt sich auf der Fläche 71 des Spannelements 7 ab. Beim Anziehen der Stellschraube 66 verschiebt sich der Schraubenkopf in Richtung 9 und mit ihm das Spannelement 7. Die vertikal ausgedehnte Horizontalbohrung 74 ist notwendig zur Berücksichtigung der durch die Vertikalverschiebung des Spannelements 7 in Richtung 9 entstehenden Verschiebung in Richtung der Achse des Stifts 2.
  • Während des Vorspannens durch das Anziehen der Stellschraube 66 wird der Stift 2'' automatisch durch das Spannungssicherungselement 3'' gesichert. Ist die gewünschte Vorspannung erreicht, kann die Stellschraube 66 gelockert und nacheinander der obere Ring 41 und der untere Ring 42 des Zugelementes 4, sowie das Expansionselement 5 vom Stift 2 abgezogen werden. Es erfolgt also eine selbsttätige Sicherung des Stifts 2'' in seinem gespannten Zustand. Damit kann ohne weitere Nacharbeiten die Vorspannvorrichtung zum Spannen an anderer Stelle weiterverwendet werden.
  • Bei den Ausführungsbeispielen in 2 und 3 ist das Spannelement 7, 7' so bemessen, dass unabhängig vom Verschiebungszustand immer die vollständige Fläche 61 des Schraubenaufsatzes 6, 6' zur Kraftübertragung genutzt wird.
  • Eine Variante mit gesonderten Keilstücken ist in 4 dargestellt. Sie unterscheidet sich von den in 13 dargestellten im Wesentlichen dadurch, dass die Keilflächen des Schrau benaufsatzes 6 nicht unmittelbar an diesem angeordnet sind, sondern zwei Zwischenstücke 68 vorgesehen sind, an deren Oberseite die mit dem Spannelement 7 zusammenwirkende Keilfläche 61' angeordnet ist. Die Zwischenstücke 68 sind längs verschieblich über eine Führungsbahn 60 auf der im Ausführungsbeispiel planen Oberfläche des Schraubenaufsatzes 6 abgestützt. Zum Betätigen des Expansionselements genügt es, die Zwischenstücke 68 nach außen zu bewegen, wodurch die darauf angeordnete Keilfläche 61' sich gegenüber der komplementären Keilfläche 70 des Spannelements 7 verschiebt, und damit die gewünschte Expansionswirkung erzielt wird. Es sei angemerkt, dass die Zwischenstücke 68 auch umgekehrt ausgebildet sein können, das heißt, dass sie über eine plane Fläche sich auf dem Spannelement 7 abstützen und auf der gegenüberliegenden Seite eine Keilfläche tragen, um so mit einer an dem Schraubenaufsatz 6 komplementär ausgebildeten Keilfläche zusammenzuwirken. Es kann auch eine Kombination beider Fälle vorgesehen sein, wobei die Zwischenstücke 68 auf beiden Seiten Keilflächen tragen.
  • An den Keilstücken 68 sind seitlich Treibköpfe 69 angeordnet, welche aus dem Bereich des Zwischenraums zwischen Schraubenaufsatz 6 und Spannelement 7 radial vorragen. Sie dienen als Betätigungsorgan, um die Keilstücke 68 zu verschieben, um so über die Keilflächen die Expansionsführung zu erzielen. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil an den Treibköpfen 69 eine Triebeinrichtung vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst sie Stellschrauben 66', welche durch ein paar an jedem Treibkopf 69 angeordnete Gewindebohrungen geführt sind und sich auf der Radialfläche des Schraubenaufsatzes 6 bzw. des Spannelements 7 als Gegenlager abstützen. Durch Einschrauben der Treibschrauben 66 wird das Zwischenstück verschoben, genauer gesagt nach außen gezogen, und damit über die Keilflächen 61' und 70 die Expansion bewirkt. Um ein Verkanten der Keilstücke 68 beim Betätigen der Stellschrauben 66' zu vermeiden, ist der Treibkopf 69 vorzugsweise mit einem Ausgleichselement versehen. Dies kann als eine Wippe 67 ausgeführt sein (siehe 4, rechte Bildhälfte), bei der ein die Gewindebohrungen tragender Teil des Treibkopfes über einen Lagerzapfen 67' an dem Zwischenstück 68 als Wippe 67 gelagert ist. Ungleichmäßigkeiten beim Eindrehen der Stellschrauben 66' werden durch Verkippen der Wippe 67 ausgeglichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6065737 [0002]
    • - US 5785461 [0003]

Claims (16)

  1. Abnehmbare Vorspannvorrichtung für anziehdrehmomentfreies Spannen von einem aus einem Bauteil (1) ragenden Stift (2), der mit einem durch Axialkraft nicht beweglichen Zugelement (4) versehen ist, wobei ein Expansionselement (5), welches zum formschlüssigen Abstützen gegen das Bauteil (1) und gegen das Zugelement (4) ausgebildet ist und durch Expansion eine Zugspannung in dem Stift (2) hervorruft, und eine Bedieneinrichtung vorgesehen sind, die eine Betätigung eines Spannungssicherungselementes (3) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionselement (5) einen Schraubenaufsatz (6), welcher sich auf das Bauteil (1) abstützt, und ein Spannelement (7), welches am Zugelement (4) anliegt, umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und über Keilflächen komplementär zusammenwirken.
  2. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Triebeinrichtung (66) für die Verschiebung zwischen Schraubenaufsatz (6) und Spannelement (7) vorgesehen ist.
  3. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebeinrichtung ein Schnecke-Zahnstange-Trieb (64, 74) ist.
  4. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebeinrichtung eine Stellschraube (66) ist.
  5. Vorspannvorrichtung einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinrichtung eine Öffnung (62) zum Durchführen eines Werkzeuges aufweist.
  6. Vorspannvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenaufsatz (6) und/oder das Spannelement (7) mindestens zweiteilig ausgeführt sind, wobei eine Trennfläche zwischen ihnen parallel zur Stiftachse verläuft und die Durchführung für den Stift (2) schneidet.
  7. Vorspannvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (4) lösbar ausgeführt ist.
  8. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (4) eine Mutter ist.
  9. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (4) ein Keilring ist.
  10. Vorspannvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenaufsatz (6) und/oder das Spannelement (7) eine zu einer Seite offene Durchführung (63) aufweisen.
  11. Vorspannvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gesonderte Keilstücke (68) vorgesehen sind, die zwischen dem Schraubenaufsatz (6) und dem Spannelement (7) angeordnet auf einem der beiden abgestützt sind und über eine eigene Keilfläche (61') mit dem anderen der beiden zusammenwirken.
  12. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilstücke (68) gegenüberliegend in Bezug auf den Stift (2) angeordnet sind.
  13. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilstücke (68) seitlich über den Schraubenaufsatz (6) und das Spannelement (7) ragende Treibköpfe (69) aufweisen.
  14. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Treibköpfen (69) eine Triebeinrichtung vorgesehen ist, die vorzugsweise Stellschrauben (66') aufweist.
  15. Vorspannvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebeinrichtung ein Ausgleichselement aufweist, dass vorzugsweise als Wippe (67) oder Synchrontrieb ausgeführt ist.
  16. Abnehmbares Expansionselement für anziehdrehmomentfreie Verspannen von einem aus einem Bauteil ragenden Stift (2), welches zum formschlüssigen Abstützen gegen das Bauteil (1) und gegen ein an der Schraube (1) befindliches Zugelement (4) ausgebildet ist und durch Expansion eine Zugspannung in dem Stift (2) hervorruft, an dem weiter ein Spannungssicherungselement (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionselement einen Schraubenaufsatz (3), welcher sich auf das Bauteil (1) abstützt, und ein Spannelement (4), welches am Zugelement (4) anliegt, umfasst, die gegeneinander verschiebbar sind und komplementär zusammenwirkende Keilkörper bilden.
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