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Die Erfindung betrifft eine Unterlegscheiben-Anordnung zum Bestimmen der Vorspannkraft einer Schraubverbindung, mit einer Unterlegscheibe. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Bestimmen der Vorspannkraft von Schraubverbindungen.
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Schraubverbindungen werden in den verschiedensten Bereichen der Technik eingesetzt, um Bauteile miteinander zu verbinden und dabei, insbesondere eine wirksame Flächenpressung zwischen den Bauteilen zu gewährleisten. Über die erzeugte Flächenpressung soll bei mechanisch beanspruchten Bauteilen unter anderem eine starre Verbindung sichergestellt, so dass sich die gefügten Bauteile nicht relativ zueinander bewegen, und bei fluidleitenden Bauteilen, wie Rohrleitungen oder dergleichen, eine fluiddichte Verbindung im Bereich der Fügestelle der zu verbindenden Bauteil gewährleistet werden. Um über die eingesetzte Schraubverbindung bzw. die eingesetzten Schraubverbindungen, eine ausreichend hohe Flächenpressung zwischen den miteinander zu verbindenden bzw. zu fügenden Bauteilen zu erzielen, ist es notwendig, die Schraubverbindung mit einer ausreichend hohen Vorspannkraft zu beaufschlagen. Gängige Schraubverbindungen weisen einen Schraubbolzen mit einem Bolzenkopf und entweder eine mit dem Schraubbolzen verbindbare Schraubenmutter oder eine Ausnehmung mit einem Innengewinde für den Schraubbolzen in einem der miteinander zu verbindenden Bauteile auf, in die der Schraubbolzen alternativ eingeschraubt werden kann. Unter dem Bolzenkopf und/oder der Schraubenmutter wird üblicherweise eine Unterlegscheibe angeordnet. Mittels der Unterlegscheibe erfolgt eine Verteilung der über die Schraubverbindung erzeugten Vorspannkraft auf eine größere Fläche des Bauteils, unterhalb des Bolzenkopfes des Schraubbolzens oder der Schraubenmutter. Eine Bestimmung der Vorspannkräfte an Schraubverbindungen ist speziell bei der Sicherung im Bereich einer medienleitenden Verbindung zwischen zwei Bauteilen von Bedeutung, wenn das zu leitende Medium Temperaturen von beispielsweise 200°C und mehr aufweist. Bei einer zu gering gewählten Vorspannkraft an der Schraubverbindung, kann es aufgrund der erhöhten Temperatur im Verbindungsbereich und der damit häufig einhergehenden Längenausdehnung des Schraubbolzens zu einer unzureichenden Flächenpressung zwischen den abzudichtenden Bauteilen und dementsprechend zu Undichtigkeiten kommen.
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Um die Vorspannkraft in einer jeweiligen Schraubverbindung zu bestimmen, werden üblicherweise im Bereich einer Schraubverbindung Kraftmessungen durchgeführt, welche zum Beispiel mit Hilfe von Glasfasern oder Dehnmessstreifen durchgeführt werden. Eine Kraftmessung unter Verwendung von Glasfasern basiert auf einem optischen Messverfahren, bei dem die Verformung der Glasfaser, aufgrund der auf die Glasfaser wirkenden Vorspannkraft, optisch ermittelt und daraus die Vorspannkraft bestimmt wird. Diese Art der Kraftmessung liefert zufriedenstellende Ergebnisse. Die Verwendung von Glasfasern hat jedoch den Nachteil, dass die Glasfasern relativ leicht bei einem ungünstig wirkenden Anregungsmoment brechen und damit eine Aussage über die Höhe der auf die Schraubverbindung aufgebrachten Vorspannkraft ohne einen aufwendigen Austausch der Glasfaser nicht mehr möglich ist.
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Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Art der Kraftmessung sieht die Verwendung von Dehnmessstreifen vor, die in Teilbereichen um die Schraubverbindung herum aufgebracht wird. Mit dem Dehnmessstreifen wird die durch die Schraubverbindung erzeugte Vorspannkraft in Form der gleichzeitig erzeugten Verformung am Bauteil selbst oder an Teilen der Schraubverbindung gemessen. Bei der Verwendung von Dehnmessstreifen besteht die Problematik, dass aufgrund zum Beispiel einer ungleichmäßigen Belastung (d. h. einer verstärkt einseitigen Kraftbeaufschlagung) durch einen beispielsweise unregelmäßig geformten Bolzenkopf des Schraubbolzens im Bereich der Schraubverbindung oder eine asymmetrische Einspannung, die Vorspannkraft in einem Bereich des Bauteils stärker wirkt als in einem unmittelbar dazu benachbarten Bereich. Ein nur partiell im Bereich der Schraubverbindung vorgesehener Dehnmessstreifen erfasst daher unter Umständen eine falsche bzw. nicht repräsentative Größe der Vorspannkraft an der Schraubverbindung. Bei einer Schraubverbindung an zum Beispiel fluidleitenden Bauteilen, die Temperaturveränderungen unterliegen kann, da ein die Schraubverbindung ausbildender Schraubbolzen sich bei Erwärmung üblicherweise in seiner Längsrichtung ausdehnt, eine nicht korrekt gemessene Vorspannkraft dann zum Versagen der Flächenpressung zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen und damit zu einer Leckage im Verbindungsbereich führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Unterlegscheiben-Anordnung der vorbezeichneten Gattung, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Vorspannkraft an Schraubverbindungen sowie ein Verfahren der vorbezeichneten Gattung anzugeben, mit denen eine einfache und zugleich zuverlässige Bestimmung der Vorspannkraft an Schraubverbindungen ermöglicht ist.
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Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einer Unterlegscheiben-Anordnung der vorbezeichneten Gattung durch ein den Umfang der Unterlegscheibe umschlingendes Messelement, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Umfangsänderung der Unterlegscheibe seine Länge zu ändern.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit Hilfe eines am Umfang der Unterlegscheibe angeordneten Messelements, welches den Umfang der Unterlegscheibe umschlingt, eine für den gesamten Verbindungsbereich der Schraubverbindung repräsentative Messung der in der Schraubverbindung wirkenden Vorspannkraft gewährleistet ist. Beim Erzeugen der Vorspannkraft wird die Unterlegscheibe durch beispielsweise den Bolzenkopf eines Schraubbolzens oder eine Schraubenmutter in Längsrichtung des Bolzens auf Druck belastet, wodurch die Unterlegscheibe zusammengedrückt wird. Gleichzeitig dehnt sich die Unterlegscheibe in radialer Richtung aus, was eine Umfangsveränderung bewirkt. in Abhängigkeit von der Umfangsänderung der Unterlegscheibe, ändert sich die Länge des die Unterlegscheibe Messelements. Die Längenänderung des Messelements bildet dabei die in der Schraubverbindung erzeugte Vorspannkraft ab. Selbst bei einer ungleichmäßigen Verteilung der erzeugten Kraft in der Schraubverbindung, was eine ungleichmäßige Verformung und somit eine unregelmäßige Umfangsänderung, insbesondere Umfangserweiterung, der Unterlegscheibe zur Folge hat, kann die Gesamtverformung der Unterlegscheibe repräsentativ durch das Messelement erfasst werden. Dadurch ist unabhängig von möglichen Ungenauigkeiten an den die Schraubverbindung ausbildenden Bauteilen auf einfache Weise eine charakteristische Messung der Vorspannkraft gewährleistet. Zudem kann die Vorspannkraft an der Schraubverbindung stets zuverlässig eingestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messelement mehrfach um den Umfang der Unterlegscheibe gewickelt ist.
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Vorzugsweise ist das Messelement ein elektrisch leitfähiger Messdraht vorbestimmter Länge, der in Abhängigkeit seiner Längenänderung seinen Widerstand ändert, und dessen Enden vorzugsweise mit einer Messeinrichtung koppelbar sind. Mit der Verwendung eines elektrisch leitfähigen Messdrahtes, liegt eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Messelements vor, um die Umfangsänderung, insbesondere Umfangserweiterung, der Unterlegscheibe zu ermitteln. Bevorzugt wird ein Messdraht eingesetzt, dessen Widerstand sich bereits bei einer geringen Längenänderung relativ deutlich zum Ausgangswert ändert. Dadurch ist eine exakte Ermittlung der Umfangsänderung der Unterlegscheibe und damit verbunden die Bestimmung der in der Schraubverbindung wirkenden Vorspannkraft auf einfache Weise gewährleistet. Bevorzugt ist der Messdraht über seinen Umfang elektrisch nichtleitend isoliert. Alternativ oder zusätzlich weist vorzugsweise der Umfang der Unterlegscheibe eine elektrisch nichtleitende Isolierung auf. Damit ist gewährleistet, dass kein Stromfluss zwischen dem Messdraht und der üblicherweise ebenfalls elektrisch leitenden Unterlegscheibe, sofern diese aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet ist, möglich ist. Eine mögliche Verfälschung des Messergebnisses ist dadurch sicher vermieden. Zu diesem Zweck ist der elektrisch leitende Messdraht bevorzugt über seine Gesamtlänge mit einem Isoliermaterial überzogen. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise vorgesehen, entlang des Umfangs der Unterlegscheibe ein Isoliermaterial, wie eine Isolierfolie oder dergleichen, als Isolierschicht zwischen der Unterlegscheibe und dem Messdraht anzuordnen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung weist die Unterlegscheibe entlang ihres Umfangs eine Führung zur Aufnahme für das Messelement auf. Damit ist gewährleistet, dass das bevorzugt als Messdraht ausgebildete Messelement sich nicht ungewollt in Längsrichtung der Unterlegscheibe entlang deren Umfangsfläche bewegen kann. Vorzugsweise ist die Führung so ausgebildet, dass das Messelement in einer radial zur Längsachse der Unterlegscheibe verlaufenden Bahn gehalten wird. Neben einen Abgleiten des Messelements am Umfang der Unterlegscheibe ist damit auch auf vorteilhafte Weise vermieden, dass bei der Bestimmung der Längenänderung Messungenauigkeiten entstehen. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils mit anderen Teilaspekten der vorliegenden Erfindung kombinierbar; hinsichtlich bevorzugter Kombinationen gilt das an den entsprechenden Textstellen gesagte jeweils entsprechend.
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Bevorzugt ist die Führungsaufnahme als Absatz oder umlaufende Nut am Umfang der Unterlegscheibe ausgebildet. Die Ausgestaltung der Führungsaufnahme als Absatz oder Nut ist konstruktiv relativ einfach umzusetzen. Darüber hinaus lässt sich eine optimale Lagesicherung des vorzugsweise als Messdraht ausgebildeten Messelements erzielten. Die Breite des Absatzes bzw. die Breite der bevorzugt gleichmäßig zu den Stirnseiten der Unterlegscheibe beabstandet angeordneten Nut ist dabei an die Querschnittsform oder -größe des im Absatz oder der Nut aufgenommenen Messdrahtes angepasst und/oder in Abhängigkeit von der Anzahl der Wicklungen des Messdrahtes um die Unterlegscheibe gewählt. In Verbindung mit einem elektrisch leitenden Messdraht sieht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Unterlegscheibe vor, dass in den Absatz bzw. in die Nut ein Isoliermaterial eingebracht ist, durch das ein Kontakt zwischen dem elektrisch leitenden Messdraht und die den Absatz bzw. die Nut begrenzenden Flächenbereiche der Unterlegscheibe sicher vermieden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung weist die Unterlegscheiben-Anordnung eine Schutzabdeckung auf, mittels der die Unterlegscheibe und das Messelement vor Umwelteinflüssen abgeschirmt werden. Speziell aggressive Medien oder Verschmutzungen können somit keinen Einfluss mehr, oder jedenfalls nur noch vermindert Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Unterlegscheiben-Anordnung nehmen. Die Schutzabdeckung ist vorzugsweise als Schutzkappe ausgebildet, die beispielsweise in Längsrichtung eines Schraubbolzens über die Unterlegscheibe und das die Unterlegscheibe vorzugsweise vollständig umschlingende Messelement geschoben wird. Bevorzugt ist die Schutzabdeckung mittels Reibschluss oder Formschluss an Umfangsbereichen der Unterlegscheibe der erfindungsgemäßen Anordnung gehalten.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzabdeckung Anschlüsse für jeweils das Messelement und die mit dem Messelement koppelbare Messeinrichtung aufweist. Die Anschlüsse an der Schutzabdeckung sind vorzugsweise zur Kopplung des bevorzugt als elektrisch leitfähiger und längenveränderlicher Messdraht ausgebildeten Messelementes eingerichtet. Die Anschlüsse an der Schutzabdeckung für das jeweilige Messelement und für die zumindest signalleitend mit dem Messelement koppelbare Messeinrichtung sind bevorzugt als Steckverbinder ausgebildet. Die Steckverbinder ermöglichen es, im Bedarfsfall die signalleitende Verbindung jeweils relativ einfach herstellen und auch wieder trennen zu können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Messelement ein Indikator zur Angabe einer ausreichenden Vorspannkraft der Schraubverbindung zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, anzuzeigen, ob die an der jeweiligen Schraubverbindung beispielsweise von Hand erzeugte Vorspannkraft in einem vorbestimmten Bereich liegt, der insbesondere genügt, um trotz möglicher Temperaturveränderungen an der Schraubverbindung und der damit häufig verbundenen Längenänderung des Schraubbolzens, eine ausreichende Flächenpressung zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen zu gewährleisten. Der Indikator weist vorzugsweise ein optisches Anzeigemittel auf, dass zwischen zumindest einem ersten Zustand, der für nicht ausreichende Spannkraft repräsentativ ist, und einem zweiten Zustand, der für eine ausreichende Spannkraft repräsentativ ist, hin- und her geschaltet werden kann. Beispielsweise kann der Indikator eine Leuchtdioden-Anordnung sein mit zwei unterschiedlich farbigen Leuchtdioden.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung weist der Indikator eine Skala auf, die dazu eingerichtet ist, die Höhe der Vorspannkraft qualitativ oder quantitativ anzuzeigen, beispielsweise in dem auf der Skala mehrere Bereiche für unzureichende, ausreichende oder zu hohe Vorspannkraft vorgesehen sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Indikator als ein Teil der Messeinrichtung ausgebildet.
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In Abhängigkeit von den mit der Messeinrichtung aufgenommenen Signalen kann wiederum eine Bestimmung der in der Schraubverbindung erzeugten Vorspannkraft erfolgen. Sinken die ermittelten Signale unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes oder überschreiten die ermittelten Signale einen vorgegebenen Grenzwert, so ist mit Hilfe des Indikators, die Einhaltung des vorbestimmten Grenzwertes zuverlässig für einen Benutzer anzeigbar. Der voreinstellbare Grenzwert definiert in diesem Zusammenhang einen Größenwert der Vorspannkraft, der zur Sicherstellung der Flächenpressung zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen nicht unterschritten werden sollte. Über den Indikator kann im Zusammenhang mit möglichen Wartungsarbeiten auch im Betrieb auf relativ einfache Weise überprüft werden, ob die Vorspannkraft in der Schraubverbindung noch ausreichend groß ist oder, ob die Schraubverbindung nachgestellt werden muss. Dabei kann beim Nachstellen der Schraubverbindung mittels des Signalgebers unmittelbar geprüft werden, ob das Nachziehen der Schraubverbindung (wieder) zur gewünschten Erhöhung der Vorspannkraft führt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Vorspannkraft einer Schraubverbindung, welche erfindungsgemäß eine Unterlegschreiben-Anordnung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, und eine elektronische Messeinrichtung zur Ermittlung von zumindest der Längenänderung des Messelements aufweist. Mit Hilfe einer solch erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung kann die Vorspannkraft an Schraubverbindungen, in Abhängigkeit der Umfangsänderung, insbesondere der Umfangserweiterung, der Unterlegscheibe der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung auf einfache Weise und zudem sicher bestimmt werden. Über die Unterlegscheiben-Anordnung und die damit signalleitend verbundene Messeinrichtung kann unmittelbar beim erstmaligen Herstellen der Schraubverbindung die in der Schraubverbindung wirkende Vorspannkraft ermittelt werden. Des Weiteren ist mit der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung, welche vorzugsweise zum dauerhaften Verbleib an der Schraubverbindung eingerichtet ist, die Vorspannkraft in der Schraubverbindung in wiederkehrenden bzw. fortlaufenden Abständen, insbesondere im Zusammenhang mit regelmäßigen Wartungskontrollen, einer Nachprüfung unterzogen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Vorspannkraft an Schraubverbindungen ist aufgrund der Einfachheit der zur Ausbildung eingesetzten Bauteile geeignet, die Messungen zur Ermittlung der Vorspannkraft über die gesamte Lebensdauer der Schraubverbindung zu gewährleisten. Über eine elektronische Messeinrichtung kann sowohl nur eine einzige Unterlegscheiben-Anordnung als auch eine Vielzahl von Unterlegscheiben-Anordnungen gleichzeitig abgefragt werden, was die Bestimmung der Vorspannkräfte in einem Verbindungsbereich mit mehreren Schraubverbindungen zusätzlich vereinfacht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese einen Transmitter für eine vorzugsweise drahtlose Datenübertragung gekoppelt. Der Einsatz eines Transmitters ermöglicht eine bevorzugt drahtlose Übertragung der von der Messeinrichtung aufgenommenen Daten an zum Beispiel ein tragbares Abfragegerät oder eine ortsfeste Basisstation. Dadurch ist eine Fernabfrage der an einer oder mehreren Schraubverbindungen vorliegenden Vorspannkraft möglich.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Vorspannkraft an Schraubverbindungen, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Unterlegscheiben-Anordnung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen in einer Schraubverbindung, Aufbringen einer Vorspannkraft auf eine jeweilige Schraubverbindung derart, dass an der bereitgestellten Unterlegscheiben-Anordnung eine Umfangsänderung erzeugt wird, und Ermitteln von zumindest einer Längenänderung eines den Umfang der Unterlegscheibe umschlingenden Messelements, in Abhängigkeit von der Umfangsänderung der Unterlegscheibe. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte eine zuverlässige Bestimmung der Vorspannkraft einer Schraubverbindung möglich ist, ohne ein hohes Risiko in Kauf zu nehmen, dass das zur Messung verwendete Messelement einen Defekt erleidet oder eine falsche bzw. nicht repräsentative Messung erfolgt. Bevorzugt wird als Messelement ein längenveränderlicher, elektrisch leitfähiger Messdraht verwendet, dessen Widerstandsänderung in Abhängigkeit von seiner Längenänderung gemessen wird. Die Verwendung eines solchen ausgebildeten Messdrahtes gewährleistet eine einfache Ermittlung der Längenänderung in Abhängigkeit von der Verformung der Unterlegscheibe durch den auf die Unterlegscheibe wirkenden Bolzenkopf eines Schraubbolzens oder die darauf wirkende Schraubenmutter. Vorzugsweise wird durch die auf die Unterlegscheibe wirkende Druckbelastung der Schraubverbindung eine Umfangsänderung, insbesondere eine Umfangserweiterung erzeugt, die als Maß für die Bestimmung der Vorspannkraft in der Schraubverbindung dient.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht in einem weiteren Schritt das Erfassen der Längenänderung des Messelements mittels einer Erfassung der Widerstandsänderung des Messdrahtes mittels einer elektronischen Messeinrichtung vor. Mittels des Erfassens der Widerstandsänderung durch eine elektronische Messeinrichtung ist eine vereinfachte Aufnahme, Verarbeitung und gegebenenfalls Umwandlung der Messsignale in verarbeitbare Datensätze möglich. Darüber hinaus ist mit der Verwendung einer elektronischen Messeinrichtung die Überwachung einer mit einer erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung ausgerüsteten Schraubverbindung oder einer Vielzahl von jeweils mit einer erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung ausgerüsteten Schraubverbindungen auf vereinfachte Weise gewährleistet. Die von der elektronischen Messeinrichtung zu den jeweils ermittelten Vorspannkräften an den verschiedenen Schraubverbindungen aufgenommenen Daten und/oder Datensätze werden bevorzugt in zum Beispiel einem Datenspeicher der Messeinrichtung abgelegt. Die abgelegten Daten können dann gegebenenfalls in vorbestimmten Zeitabständen über ein tragbares Abfragegerät oder von einer ortsfesten Basisstation aus abgerufen werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte vor: Anzeigen einer ausreichenden und/oder ungenügenden Vorspannkraft einer jeweiligen Schraubverbindung mittels eines Indikators und/oder Senden der von der Messeinrichtung aufgenommenen Daten, vorzugsweise mittels eines Transmitters, an ein Empfangsgerät, und/oder Abfragen der Daten von der Messeinrichtung über das Empfangsgerät.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines möglichen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1: eine Teilansicht einer Flanschverbindung mit einer daran angeordneten Schraubverbindung;
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2: eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung nach 1;
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3: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Vorspannkraft an Schraubverbindungen;
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4: eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Vorspannkraft nach 3, und
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5a)–c): Ansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung im Teilschnitt.
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1 zeigt eine Flanschverbindung 1 mit zwei Flanschteilen 3, 3', mittels denen zwei koaxial zueinander ausgerichtete Rohrleitungen 5, 5' verbunden werden. Zwischen den einander zugewandten Dichtflächen der Flanschteile 3, 3' ist ein Dichtelement 7 angeordnet, das in Abhängigkeit von dem durch die Rohrleitungen 5, 5' geleiteten Medium aus beliebigen Werkstoffen, wie zum Beispiel einem elastischen Gummiwerkstoff oder auch aus einem metallischen Werkstoff, ausgebildet sein kann. Die Flanschteile 3, 3' werden mit Hilfe einer exemplarisch gezeigten Schraubverbindung 9 miteinander verbunden. Die Flanschverbindung 1 weist eine Vielzahl solcher Schraubverbindungen 9 auf. Die Schraubverbindung 9 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Schraubbolzen 11 mit einem Bolzenkopf 13 an einem Ende, wobei am gegenüberliegenden Ende an einem Gewindeabschnitt 14 des Schraubbolzens 11 eine Schraubenmutter 15 angeordnet ist. Um die durch die Schraubverbindung 9 erzeugten Kräfte gleichmäßig im Bereich der Schraubverbindung in die miteinander zu verbindenden Flanschteile 3, 3' einzuleiten, sind unter dem Bolzenkopf 13 und der Schraubenmutter 15 jeweils Unterlegscheiben 17, 17' vorgesehen. Die Unterlegscheibe 17 ist dabei Bestandteil einer Unterlegscheiben-Anordnung 19, welche zudem, ein den Umfang der Unterlegscheibe 17 umschlingendes Messelement 21 aufweist, das dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit der Umfangsänderung der Unterlegscheibe seine Länge zu ändern.
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In 2, zeigt die durch Einkreisung II in 1 abgebildeten Bereich der Schraubverbindung 9, um den Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben-Anordnung 19 zu verdeutlichen. Das Messelement 21 ist ein elektrisch leitender Messdraht 23 vorbestimmter Länge, der in Abhängigkeit seiner Längenänderung seinen Widerstand ändert und dessen Enden 22, 22' (4) vorzugsweise mit einer Messeinrichtung 41 (3) koppelbar sind. Der Messdraht 23 ist elektrisch nichtleitend isoliert bzw. weist eine nicht gezeigte Isolierung auf, damit dieser keine elektrische Verbindung zu der Unterlegscheibe 17 ausbildet. Durch die Isolierung ist eine zuverlässige Bestimmung der aus der Längenänderung resultierenden Widerstandsänderung möglich. Die Unterlegscheibe 17 weist entlang ihres Umfangs Führungsaufnahme 25 auf, in der der Messdraht 23 sicher gehalten ist. Zudem umfasst die Unterlegscheiben-Anordnung 19 eine Schutzabdeckung 27, mit der die Unterlegscheiben-Anordnung 19 vor äußeren Einflüssen geschützt wird. Die Schutzabdeckung 27 weist Anschlüsse 29, 29' für jeweils das Messelement 21 und die mit dem Messelement koppelbare Messeinrichtung 41 (3) auf. Die Anschlüsse 29 für das Messelement sind auf der Innenseite der die Unterlegscheiben-Anordnung 19 und den Bolzenkopf 13 kammerartig umschließenden Schutzabdeckung 27 angeordnet. Die Anschlüsse 29' für die Messeinrichtung 41 (3) sind auf der der Umgebung zugewandten Außenseite der Schutzabdeckung 27 vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung kann unterhalb der in 1 gezeigten Schraubenmutter 15 anstelle einer herkömmlichen Unterlegscheibe 17' die erfindungsgemäße Unterlegscheiben-Anordnung 19 mit der Unterlegscheibe 17 und dem Messelement 21 angeordnet sein.
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3 zeigt zwei über eine Flanschverbindung 1 miteinander zu verbindende Rohrleitungen 5, 5'. Die Verbindung der Flanschteile 3, 3' wird über mehrere Schraubverbindungen 9, 9', 9'' sichergestellt. Der Flanschverbindung ist eine Vorrichtung 31 zum Bestimmen der Vorspannkraft an den Schraubverbindungen 9, 9', 9'' zugeordnet, welche mehrere Unterlegscheiben-Anordnungen 19, 19', 19'' umfasst und zudem eine Messeinrichtung 41 zur Ermittlung von zumindest der Längenänderung des jeweiligen Messelements 21 (2) aufweist. Die Messeinrichtung 41 ist mit jeder Unterlegscheiben-Anordnung 19 über Signalleitungen 33, 33', 33'' verbunden, wodurch die in der jeweiligen Schraubverbindung 9, 9', 9'' erzeugte Vorspannkraft, mit der die Flächenpressung zwischen den beiden Flanschteilen 3, 3' der Flanschverbindung sichergestellt wird, zuverlässig gemessen werden kann. Die von der Messeinrichtung 41 aufgenommenen Messdaten können von einem mit der Messeinrichtung 41 gekoppelten Transmitter 43 über eine drahtlose Verbindung 45 zu einen tragbaren Abfragegerät oder einer ortsfesten Basisstation 51 übertragen werden. Von dem Abfragegerät oder der Basisstation 51 aus kann dann überprüft bzw. überwacht werden, ob die Vorspannungen in den Schraubverbindungen 9, 9', 9'' noch ausreichend hoch sind oder die Schraubverbindungen 9, 9', 9'' gegebenenfalls nachgezogen werden müssen.
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In der 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 31 zum Bestimmen der Vorspannkraft an einer Schraubverbindung 9, 9', 9'' (3) abgebildet. Die Vorrichtung 31 weist eine Unterlegscheiben-Anordnung 19 auf, die aus einer Unterlegscheibe 17 und einem den Umfang der Unterlegscheibe 17 umschlingenden Messelement 21 ausgebildet ist. Das Messelement 21 ist über seine Enden 22, 22' mit einer Messeinrichtung 41 signalleitend verbunden, mittels der die Widerstandsänderung des Messelements 21 in Abhängigkeit von der Umfangsänderung der Unterlegscheibe 17 erfasst wird. Die mit der Messeinrichtung 41 zu verbindenden Enden 22, 22' sind bevorzugt kurz auszubilden, damit die Längenänderung in Abhängigkeit zur Ausgangslänge des Messelements 21 so groß wie möglich ist.
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In den 5a–c sind verschiedene Ausführungsformen von Unterlegscheiben 19, 19', 19'' abgebildet. Die Unterlegscheiben-Anordnung 19 in 5a weist eine Unterlegscheibe 17 auf, die an ihrem Umfang eine als Nut 35 ausgebildete Führungsaufnahme für ein den Umfang der Unterlegscheibe 17 umschlingendes Messelement 21' aufweist. Das Messelement 21' ist in der vorliegenden Ausführungsform zweifach um den Umfang der Unterlegscheibe 17 gelegt. An der Peripherie der Unterlegscheibe 17 ist eine Schutzabdeckung 27 angeordnet, mittels der der gesamte Umfangsbereich und Flächenbereiche einer Stirnseite der Unterlegscheibe 17 abgedeckt sind.
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In 5b ist eine weitere Ausführungsform der Unterlegscheiben-Anordnung 19' gezeigt, welche eine Unterlegscheibe 17' mit einer als Absatz 37 ausgebildeten Führungsaufnahme für das Messelement 21 aufweist. Der stufenförmige Absatz 37 bildet am Umfang der Unterlegscheibe 17' eine Auflage für das Messelement 21 aus, mittels dem das Messelement 21 in Längsrichtung der Unterlegscheibe 17' fixiert wird. An der Peripherie der Unterlegscheibe 17' ist wiederrum eine Schutzabdeckung 27' vorgesehen, welche die Unterlegscheibe 17 am Umfang und bereichsweise an einer Stirnseite abdeckt und somit auch das am Absatz 37 angeordnete Messelement 21 vor äußeren Einflüssen schützt. Das Messelement 21 umschlingt den Umfang der Unterlegscheibe 17 im gezeigten Ausführungsbeispiel nur einfach.
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5c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Unterlegscheiben-Anordnung 19'', die eine Unterlegscheibe 17'' umfasst, an deren Umfang das Messelement 21 radial vorstehend angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umschlingt das Messelement 21 den Umfang der Unterlegscheibe 17'' zweifach. Des Weiteren ist am Umfang der Unterlegscheibe 17'' eine Schutzabdeckung 27'' angeordnet, welche die Unterlegscheibe nur umfangsseitig abdeckt. Gleichzeitig wird mit der Schutzabdeckung 27'' das an der Unterlegscheibe 17'' vorstehende Messelement 21' abgedeckt und am Umfang gesichert. Die in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten Schutzabdeckungen 27 bis 27'' sind am Umfangsbereich einer jeweiligen Unterlegscheibe 17, 17', 17'' mittels Kraft- oder Formschluss befestigt bzw. mittels Stoffschluss am Umfangsbereich der Unterlegscheibe angeformt.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Figuren, insbesondere den 1 und 2, wurden anhand einer Flanschverbindung mit zwischen den Flanschteilen angeordneter Dichtung illustriert. Die erfindungsgemäße Unterlegscheiben-Anordnung ist aber zum Einsatz an Schraubverbindungen jeder Art geeignet und vorgesehen.
