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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung bezieht sich weiter auf ein abnehmbares Expansionselement
für anziehmomentfreies Spannen gemäß dem
nebengeordneten Anspruch. Für nähere Erläuterungen
wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen:
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1:
einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel im ungespannten
Zustand mit jeweils einer Mutter als Spannungssicherungs- und Zugelement;
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2:
einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel im
ungespannten Zustand mit Schraube-Zahnstange-Antrieb und einem nicht
abnehmbaren Zugelement;
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3:
einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel im
gespannten Zustand mit einfachen Schraubenvortrieb und zwei Keilringen
als Spannungssicherung- und Zugelement, und
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4:
einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel mit
zwei Keilstücken für das Expansionselement.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
Variante mit gesonderten Keilstücken ist in 4 dargestellt.
Sie unterscheidet sich von den in 1–3 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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6065737 [0002]
- - US 5785461 [0003]