DE2352749B1

DE2352749B1 - Messvorrichtung zum getrennten Messen des Gewindeanteils und Kopfanteils des Anziehdrhmomentes einer Schraubenverbindung

Info

Publication number: DE2352749B1
Application number: DE19732352749
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Ing Pfaff
Original assignee: BERGNER FA R
Current assignee: BERGNER FA R
Priority date: 1973-10-20
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2352749C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zum getrennten Messen des Gewindeanteils und des Kopfanteils des Anziehdrehmomentes einer Schraubenverbindung mit zwei Dehnungsmeßstreifen an ihrem Umfang aufweisenden Torsionsmeßzellen, von denen die eine rohrförmig ausgebildet und an den beiden Enden mit je einem radial nach außen abstehenden Flansch versehen ist, und mit einer ortsfesten Grundplatte.

Bekanntlich ist das Anziehdrehmoment

wobei Ai₀ der Gewindeanteil und M_K der Kopfanteil des Anziehdrehmomentes ist.

Der Gewindeanteil des Anziehdrehmomentes ist

und der Kopf anteil

M_K = Fν

Hierbei bedeutet:

F_v = Vorspannkraft,
μ₀ = Gewindereibwert,
μ_κ = Kopfreibwert,

d₂ = Elankendurchmesser der Schraube,
oc = Steigungswinkel des Gewindes,
öfem = wirksamer Durchmesser für das Kopfreibungsmoment.

Das Gewindedrehmoment ist also

M₀ =

-^--tg«
2

A. 1455 _μ
2

In dieser Gleichung ist der erste Summand das Steigungsmoment und der zweite Summand das Gewindereibmoment, so daß das Anziehdrehmoment ist

(tg«₊ 1,155 μ_ο)₊

·μ·κ·

Es ist eine Meßvorrichtung der oben bezeichneten Art bekannt (Konstruktion, 20. Jg., Heft 7, S. 251 bis 259 [1968]: »Messen der Vorspannkraft und der Reibungszahlen mit einem Schraubenmeßgerät« von Dr. R. H ö r η i g und W. S i e d e r), deren zweite Torsionsmeßzelle als Torsionsstab ausgebildet ist, der an seinem oberen· Ende einen einstückig mit ihm ausgebildeten napfförmigen Teil aufweist, der die Mutter der zu überprüfenden Schraubenverbindung umgreift und mit dem unteren Flansch der rohrförmigen ersten Torsionsmeßzelle starr verbunden ist. Diese bekannte Meßvorrichtung hat zunächst den Nachteil, daß sie relativ hoch ist und daß beim Anziehen der Schraube Biegekräfte auf die Meßvorrichtung einwirken können. Um diese Biegekräfte aufzufangen, weist die bekannte Meßvorrichtung ein zylindrisches Gehäuse auf, in dem die erste Torsionsmeßzelle mit ihren groß ausgebildeten Flanschen mittels Nadellagern drehbar gelagert ist. Das zylindrische Gehäuse ist an einer Grundplatte angeschweißt, an der auch der Torsionsstab mit einem Flansch starr befestigt ist. Bei dieser bekannten Meßvorrichtung ist also die Mutter der Schraubenverbindung sehr schwer zugänglich. Um zu dieser Mutter zu gelangen, muß die gesamte Meßvorrichtung demontiert werden.

Es ist eine ähnliche Meßvorrichtung mit zwei Torsionsmeßzellen bekannt (Verbindungstechnik, 4. Jg., Heft 7, S. 21 bis 26 [1970]: »Prüfeinrichtungen zur Untersuchung von Schraubenverbindungen« von G. Junker und H. Schneiker), bei der beide Torsionsmeßzellen durch Wälzlager voneinander getrennt sind. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Wälzlager reibungsfrei sind. Dies kann insbesondere bei quasistatischer Belastung nicht angenommen werden, so daß die Lagerreibung M_R das Aufteilungsverhältnis verfälscht:

M_A = (M _K + M_R) + (M₀ - M_R).

Die von der Schraube verspannten Teile der Meßvorrichtung sollen möglichst steif sein, um den meisten praktischen Verschraubungsfällen so nahe wie möglich zu kommen. Bei der bekannten Meßvorrichtung stellen aber die Wälzlager zusätzliche elastische Glieder dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichtung der eingangs bezeichneten Art in einfacher Weise so auszubilden, daß Wälzlager fortfallen, die Mutter der Schraubenverbindung leicht

zugänglich ist und der Gewindeanteil und der Kopfanteil des Anziehdrehmomentes einwandfrei gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auch die zweite Torsionsmeßzelle rohrförmig ausgebildet und an den beiden Enden mit je einem radial nach außen abstehenden Flansch versehen ist, daß die zweite Torsionsmeßzelle innerhalb der ersten Torsionsmeßzelle, konzentrisch zu ihr und in radialem Abstande von ihr angeordnet ist, daß die erste Torsionsmeßzelle mit ihrem einen Flansch an der ortsfesten Grundplatte starr befestigt ist, daß beide Torsionsmeßzellen mit den anderen Flanschen in starrer Verbindung mit einer Platte stehen, die konzentrisch zu beiden rohrförmigen Torsionsmeß- _ig zellen eine Bohrung zur Aufnahme der Schraube der Schraubenverbindung aufweist, die sich bei ihrem Anziehen mit ihrem Kopf an dieser Platte abstützt, und daß der andere Flansch der zweiten Torsionsmeßzelle mit einem Flansch einer Hülse starr verbunden ist, _a0 die konzentrisch im Innern der zweiten Torsionsmeßzelle mit radialem Abstande angeordnet ist und deren anderes Ende eine radial nach innen abstehende Ringschulter aufweist, an der sich eine die Schraube aufnehmende, in der Hülse undrehbar angeordnete Mutter beim Anziehen der Schraube abstützt.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung hat zunächst den Vorteil, daß sie eine geringe Höhe aufweist und Wälzlager, wie sie bei den bekannten- Meßvorrichtungen unbedingt notwendig sind, eingespart werden. Da beide Torsionsmeßzellen rohrförmig ausgebildet sind, lassen sie sich in einfacher Weise genau herstellen. Die äußere röhrförmige Torsionsmeßzelle dient zum Messen des Anziehdrehmomentes M_A. Die innere röhrförmige Torsionsmeßzelle wird sowohl durch die Vorspannkraft F_v der Schraube als auch durch deren Gewindedrehmoment M₀ beansprucht. Die Mutter der Schraubenverbindung ist leicht zugänglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Hülse eine zweite Hülse zur undrehbaren Anordnung der Mutter starr befestigt sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt, die einen axialen Schnitt durch eine solche Meßvorrichtung zeigt.

Die dargestellte Meßvorrichtung ist an einer ortsfesten Grundplatte 1 'befestigt. Die Meßvorrichtong weist zwei röhrförmige Torsionsmeßzellen 2 und 3 auf, die konzentrisch zueinander in radialem Abstande voneinander angeordnet sind. Beide Torsionsmeßzellen 2 und 3 weisen an ihren Enden radial nach außen abstehende Flansche 4 bis 7 auf. Der Flansch 4 der Torsionsmeßzelle 2 ist an der Grundplatte 1 und der Flansch 5 mittels Schrauben 8 an einer Platte 9 starr befestigt. Die Platte 9 weist konzentrisch zu den beiden Torsionsmeßzellen 2 und 3 eine Bohrung 10 auf, durch die eine Schraube 11 der zu überprüfenden Schraubenverbindung hindurchgreift. Zwischen dem Kopf 12 der Schraube 11 und der Platte 9 befindet sich eine planparallel bearbeitete Unterlegscheibe 13, die in eine entsprechende Aussparung 14 der Platte 9 eingelegt ist.

An der Platte 9 ist mittels Schrauben 15 der Flansch 7 der Torsionsmeßzelle 3 starr befestigt. Der untere Flansch 6 der Torsionsmeßzelle 3 steht über Schrauben 16 mit einem Flansch 17 einer Hülse 18 in starrer Verbindung. Die Hülse 18 ist innerhalb der Torsionsmeßzelle 3 in radialem Abstande angeordnet. Mittels Schrauben 19 ist ein Flansch 20 einer zweiten Hülse 21 an dem Flansch 17 starr befestigt, die innerhalb der Hülse 18 angeordnet ist und zur undrehbaren Anordnung einer Mutter 22 dient, in die die Schrauben eingreift. Beim Anziehen der Schraube 11 stützt sich die Mutter 22 an einer radial nach innen ragenden Ringschulter 23 der Hülse 18 ab.

Am äußeren Umfang der beiden Torsionsmeßzellen 2 und 3 sind je vier nicht dargestellte Dehnungsmeßstreifen befestigt. Jeder Dehnungsmeßstreifen besteht aus zwei sich unter 90° kreuzenden Einzeldehnungsmeßstreifen, die mit der Mittelachse 24 der Meß vorrichtung einen Winkel von 45° einschließen. Diese zwei Einzeldehnungsmeßstreifen bilden eine sogenannte Rosette. Jeweils zwei Rosetten einer Torsionsmeßzelle sind zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet. Am Umfang der inneren Torsionsmeßzelle 3 sind zur Messung der Vorspannkraft zusätzlich vier Dehnungsmeßstreifen befestigt, von denen zwei eine Rosette bilden. Von den beiden zu einer Rosette vereinigten Einzeldehnungsmeßstreifen verläuft der eine in Richtung der Mittelachse 24, der andere senkrecht dazu. Auch diese zur Messung der Vorspannkraft aufgeklebten zwei Rosetten sind zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet.

Mit der Meßvorrichtong lassen sich mit Hilfe elektronischer Hilfsmittel das Anziehdrehmoment M_A, das Gewindedrehmoment M₀ und die Vorspannkraft F_v messen. Damit ist bereits eine ausreichende Aussage über das Reibverhalten der Schraubenverbindung gegeben. Mit einer einfachen zusätzlichen elektronischen Subtraktionsschaltung ist jedoch auch eine direkte Aussage von M_K und M_G möglich:

M_K = M_A-M_G.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßvorrichtumg zum getrennten Messen des Gewindeanteils und des Kopfanteils des Anziehdrehmomentes einer Schraubenverhindung mit zwei Dehnungsmeßstreifen an ihrem Umfang aufweisenden Torsionsmeßzellen·, von denen die eine rohrförmig ausgebildet und an den beiden Enden mit je einem radial nach außen abstehenden Flansch versehen ist, und mit einer ortsfesten Grundplatte, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Torsionsmeßzelle (3) rohrförmig ausgebildet und an den beiden Enden mit je einem radial nach außen abstehenden Flansch (6, 7) versehen ist, daß die zweite Torsionsmeßzelle (3) innerhalb der ersten Torsionsmeßzelle (2), konzentrisch zu ihr und in radialem Abstand von ihr angeordnet ist, daß die erste Torsionsmeßzelle (2) mit ihrem einen Flansch (4) an der ortsfesten Grundplatte (1) starr befestigt ist, daß beide Torsionsmeßzellen (2, 3) mit den anderen Flanschen (5, 7) in starrer Verbindung mit einer Platte (9) stehen, die konzentrisch zu beiden rohrförmigen Torsionsmeßzellen (2, 3) eine Bohrung (10) zur Aufnahme der Schraube (11) der Schraubenverbindumg aufweist, die sich bei ihrem Anziehen mit ihrem Kopf (12) an dieser Platte (9) abstützt, und daß der andere Flansch (6) der zweiten Torsionsmeßzelle (3) mit einem Flansch

(17) einer Hülse (18) starr verbunden ist, die konzentrisch im Innern der zweiten Torsionsmeßzelle (3) mit radialem Abstand angeordnet ist und deren anderes Ende eine radial nach innen abstehende Ringschulter (23) aufweist, an der sich eine die Schraube (11) aufnehmende, in der Hülse

(18) undrehbar angeordnete Mutter (22) beim Anziehen der Schraube (11) abstützt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (18) eine zweite Hülse (21) zur undrehbaren Anordnung der Mutter (22) starr befestigt ist.