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Kombinierten elekro- pneumatisch-hydraulisches Schrauben-Anzugsgerät.
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mit simultaner Zugkradft-und Drehmoment-Wirkung.
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Es ist bekannt, daß für das Anziehen von Schrauben Geräte entwickelt
worden sind,die das fiir die Erzeugung einer axialen Vorspannkraft in derSchraube
erforderliche Mutter-Drehmoment durch aufeinanderfolgende Schläge erzeugen oder
auch ein von tinuierkiches Drehmoment ausüben.Der Antrieb erfolgt hierbei entweder
elektrlsch oder pneumatiech.
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Es sind auch hydraulische Anzugsgeräte bekannt,die an eines über die
Mutteroberkannte vorstehenden Gewindeüberstand an= greifend,die Schraube vermittels
einer direkt in axialer Wichtung angreifenden Kraft dehnen, wobei durch den dehnprozess
die vorher anliegende Mutter von ihrer Auflage abgehoben wird und durch eine leichte
Drehbewegung wieder zum Anliegen gebracht wird. (Siehe Patentschrift 1 247 229)
Das Schraubenanziehen mittels Drehmoment hat den Nachteil, daß die gesamte zurErzeugung
der Vorspannung erforderliche Deformationsarbeit durch Drehmoment allein unter Überwindung
der Reibung im Gewinde und an der Mutterauflagefläche erzeugt werden muß.In dem
in der Technik bekannton Schrauben-Verspannurigs-Diagramm (Abb.1) muß also die durch
die von links oben nach rechts unten schraffierte Dreieckafläche dargestellt Ernergie
unter Ausnutzung der Keilwirkung de Gewindes vom Drehmoment aufgebracht werdendes
ist dabei un-Vermeidlich, daß die Schraube ein erhebliche Torsionsmoment erfährt
und die Torsionsspannung,die sich der Axialspannung überlagert, einen zweiachsigen
Spannungszustand herbeiführt, der die optlmale Ausmutzung der Werkstoff-Festigkeit
verhindert.
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Außerdem wird durch die Torsionsspannung ein latentos Rückstelimoment
hervorgerufen, das die Schraube zu lockern bestrebt ist.
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Beim @xialen Anziehen wird im Sohraubenschaft ein nur einachsiger
Spannungszustand erzeugt,der war eine günstigere Werkstoffausnutzung gestattet,
es muß aber zur Erzeugung der Soll-Vorepannkraft über diesen Sollwert hinaum angesogen
werden,weil
bei diesem Verfahren infolge des Setzens der Schraube in derMutter ein Abfallen
der aufgebrachten Anzugskraft nach dem Wiederddegen der Mutter und dem Wegnehmen
der Anzugskraft unvermeidlich ist. Vorwiegend bei Sehr kurzen Schrauben@) kan@n
dieser Abfall bis zu 60% und mehr betragen.Das axiale Anziehen bleibt daher in erster
Linie auf lttngere Schrauben beschränkt und erlaubt auch dort nicht die bestmögliche
Werkstoff-Tragfähigkeit-Ausnutzung.
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Es ist der Zweck der nachfolgend beschriebenen Erfindung durch Kombination
der beiden fürsich bestehenden und als solche bekannten Verfahren ein Gerät zu schaffen,bei
dem die Nachteile vermieden oder wenigstens vermindert- werden und die Vorteile
beibehalten werden.Hierbei ist vor allem an die Verminderung des Torsions-Momentes
und die Beibehaltung der Meßbarkeit der Anzugskraft gedacht.Dem kombinierten elektro-pneumatisch-hydraulischen
Schrauben-Anzugsgerät liegt folgende Uberlegung zugrundes Ziehtman eine Schraube
durch Anwendung einer Axialkraft auf eine Anzugskraft Px an,-die gleich dem Soll-Wert
der gewünschten Vorspannkraft Po Soll sein soll,und legt die Mutter an, so entspricht
dies dem Zustand "Abhebsn" in dem als bekannt vorausgesetzgten Verspannungs-Diagramm
der Abb.1.
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Nähme man in diesem Zustand die Anzugskraft Pl = Po Soll fort,so würde
sich die unter dieser Kraft elastisch gedehnte Schraube wieder zurückdehnen und
sich dabei im Gewinde der Mutter festsetzen.Es würde eine kleinere Kraft Po als
Vorspannkraft in der Schraube verbleiben.Die Anzugskraft wäre um den Betrag #P#
abgefallen, Um diesen Rückfall der Kraft zu vermeiden,muß man durch Au*-bringen
eines Drehmomentes,das auf die Mutter wirkt,unter bekannter Ausnutzung der Keilwirkung
den fehlenden Kraftanteil aPx wieder erzeugen.Da dieser Kraftanteil ein Bruohteil
der Sollkraft Po Soll beträgt,so beträgt- auch das aufzuwendande Drehmoment nur
einen Bruchteil des Momentes, das bei ausschließlicher Anwendung eines Drehmoment
es allein anzusetzen wäre. Hierin igtle der Vorteil des mit der Erfindung Möglichen
Verahrens gegenüber dem reimen Drehmoment-@erfahren.
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@) wie z. B. im Stahlhoch-und Brückenbau bei Verwendung mog.HV-Schrau@@
Das
zur Aufhebung des Kraftabfalls erfederliche Kompensations-Drehmoment kann entweder
in dem Maße aufgebracht werden,wie der Kraftabfall beim wegnehmen der Anzugskraft
P# ge@chieht, oder man bringt es glelchzeitig mit dem Anwnchsen der Anzugskraft
von Null auf den Höchstwert auf, wobei die Zugkraft axial direkt auf die Schraube
und das Moment auf die Mutter übertragen wird.
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In beiden Fällen ist die vom axialen Anziehen her bekannte Meßbarkeit
der Anzugekraft gegeben.Durch Anbringen eines dehnmeßsteifen-Satzes an der Stützhülse
36 in Abb.2,durch die die gesamte von Moment unQ Axialanzugskraft auf gebrachte
kraft hindurchgeleitet wird,kann Kraft Po Soll jederzeit gemessen und Moment und
Zugkraft so gesteuert wrden,daß vor allem während das zuletzt beschriebenen Vorganges
die Soll-Kraft Po Soll nioht überschritten wird.Hierin liegt der Vorteilder Erfindung
gegenüber dem bekannten axialen Anzugs-@erfahren.
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Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel pneumatisch-Hydrsulischer
Momentaufbrlngung mittels mechanischer Übersetzung erläutert werden. Es zeigts Abbildung
1 das Schraubenverspannungs-Diagramm mit der prinzipiellen Darstellung des Energie-aufwandes
mit und ohne Anwendung der Erfindung.
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Abbildung 2 einen Lnngaschnitt durch das elektropneumatisch-hydraulische
Anzugagerät in gest@eckter Darstellung. (Die Darstellung in Abwinkelung des pneumatischen
Teiles gegenüber dem hydraulischen erübrigt sich) Abbildung 3 einen Querschnitt
durch die Mitte Abbildung 4 eine Ansicht des Unterteiles Der Gegenstand derErrindung
besteht aus zwei pneumatischen der Zylindern,von denen der eine der Erzeugung/auf
die Schraube wirkenden Axialkraft dient,durch die diese elatische gedehnt wird,während
der andere für die Erzeugung des auf die Mutter wirkenden Drehmomentes vorgesehen
ist.Dis in beiden herschenden unterschiedlichenLuftdrücke sind so steuerbar,daß
die
axiale Zugkraft und das Drehmoment in geeigneter Weise auf in
ander abgestiinmt werden können.
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In dem Drucklauft-Zylinder 1 wird unter der Wirkung des aus dem Druckl@uft-Speisesystem
2 entnommenen und im Ventil 23 gesteuerten Druckes der Kolben 3 aus seiner Ruhestellung
in die Stellung 4 gebracht.Dadurch werden eine Anzahl radial zueinander angeordneter
Tauahkolben 5 (in der Abbildung zB.
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4 St@ck) in die Bohrumgen der prismatischen Ständer 6,die von dem
eigentlichen hydraulischen Anzugzylinder 7 ausgehen,eingetaucht und bewirken aufgrund
des Querschnittsverhältnisses des Zylinders 1 zu den Tauchkolben 5 eine Druck- und
dementsprechend eine Kraft-Übersetzung,die dem ölvolumen 8 mitte tSilt wird.Durch
die von den Bohrungen zum eigentlichen Anzugazylinder 7 führenden Kanäle 9 wird
der Flüssigkeitsdruck auf die Kolbenfläche 10 des Ringkolbens 11 übertragen,der
über den kalottenförmigen Ring 12 seine Kraft auf den ebenfalls kalottenförmigen
Kopf 13 abgibt.Ober das Elnschraubgewinde 14 wird der Zugbolzen 15 in den Kraftf-luß
mit einbezogen,durch dessen Kraft die Dehning der Schraube 16 und das Abheben der
auf der Fläche 18 aufliegenden Mutter 17 bev@kt wird.
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Von einem Luft- oder Elektromotor 19 wird die Mutter 17 über eine
Spindel 20 mit Zahnrad 21,das in eine auf die Mutter auf setzbare Krone mit entsprechendem
Zahnkranz 22 eingreift, wieder angelegt, Der über das Ventil 24 gesteuerte Luftdruck
des Zylinders 25 bewirkt die Bewegung des Kolbens 26 in die Lage 27.Daei übt er
auf die ebenfalls radial zueinander angeordneten Tauchkolben 28 eine Kraft aus.D@@
im Flüssigkeitsvolumen der Bohrungen 29 entstehende Druck wird über die Kanäle 30
auf die Stößel 31 übertragen, die ihrerseits eine entspreohend bemessene Kraft auf
die zylindrische Hülse 32 ausüben.Diese ist in der die gesamte Reaktionskraft des
Anzugegerätes aufnehmenden StUtzhülse 36 längsverschiablich gelagert.Die Sttitzhtile
36 ist mit mit einem geeignet angeordneten Dehnmeßstreifen-Satz ausgerüstet und
dient somit als Impulsgebrfür die erwähnte elektronische Kraft- und Momentensteuerung.
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Ebenfalls in die Stützhülse eingelagert ist eine zweite Hülae 33 .die
nur eine Drehbewegung um ihr eigene Achse ausführen kann.
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Hülse 32 und 33 berühren sich in einer oder mehreren am Umfang angeoerdneten
Sch@mbenflächen 34,wodurch bewirkt wird,daß bei Ausübung einer Axialkraft auf Hülse
32(Vermittels der Stößel 31) #urch die Deahbewegung der Hülse 33 ein Drehmoment
auf dde Mutter 17 ausgeübt wird,welches über einen Freilauf 35 darauf übertragen
wird*Der Frailalf ist so beschaffen, daß das durch die Schlitze 37 in den Hülsen
33 und 36 hindurchgreifende Zahnrad 21 die Mutter zum Zwecke des praktisch kraftlosen
Anlegens im Aufdrehsinn betStigen kann, bevor das kräftigere .zuvor als Kompsemsationsmoment
beteichnete,Drehmoment von der Hülse 33 auf die Mutter ausgeübt wird.Durch die Feder
38 wird Hülse 33 am Mitgnommenwerden gehindert,wenn die Drehbewegung lediglich für
das Anlegen der Mutter erfolgen soll.
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Die Hülse 33 ist gegenüber der Hülse 32 und der Stützhülse 36 rollend
gelagert, sowohl in der schraubenförmigen Berührungsfläche 34 als auch in der'Aufstandsfläche
der Stützhülse,die hierfür mit einem Innenflansch versehen ist.
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Im Falle elektrrscher Ergeugung des Drehmomentes mittels Motor mit
nachgeschaltetem tibersetzungsgetrieben entfallen die Teile 24 bis 35 und 37 bis
38,und das Moment wird vom entsprechend beme@esenen Motor@19@über die mehrfach vorgesehene
Spindel 20 mit Zahlrad 21 auf die Mutter übertragen. In diesem Palle ist sowohl
die kontinuierliche als auch die schlagende Momentenübsrtragung möglich.