DE2354346A1

DE2354346A1 - Method of fixing bolts and nuts in structural work - in which application of vibration results in increased friction between joints

Info

Publication number: DE2354346A1
Application number: DE19732354346
Authority: DE
Inventors: Masaki Horioka
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1975-05-07

Abstract

The spanner used for tightening the nuts or bolts is provided with a vibrator which imparts a vibration along the length of the spanner. Alternatively a vibrator can be held directly against the parts of the structure or to the bolt while the nuts etc. are tightened with a conventional spanner. The vibration energy is applied at a frequency which lies between the frequency of spoken sound and ultrasonic frequency. Bolts tightened using this method remain tight over a longer period of time. Frequency may be between 4 and 60 kHz.

Description

9230-75 H/S .9230-75 H / S.

P-1508-90P-1508-90

Jap. Ser. If ο. 106167/72Yep Ser. If ο. 106167/72

ÜTippoii Kokan Kabushiki Kaisha, Tokyo, JapanÜTippoii Kokan Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Verfahren zum Befestigen von. Bauelementen mittels einer SchraubeMethod of attaching. Components by means of a screw

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Bauelementen mittels einer Schraube, insbesondere von Bauelementen einer großen Baukonstrufction, die aneinander durch eine starke Eeibungskraft befestigt -werden.The invention relates to a method for attaching Components by means of a screw, in particular components of a large building construction, which are connected to each other by a strong friction force -be attached.

Bei Stahlkonstruktionen ist es bekannt und üblich, unter Verwendung von Schrauben und Muttern hoher Zugkraft eine feste Verbindung zwischen den Bauelementen durch Ausnutzen der Reibungskräfte an den Berührungsflächen zu schaffen. Die Schrauben oder Muttern werden durch Schraubenschlüssel (Dreh- oder Stoßwerkzeuge) oder dergl. von Hand oder mit Druckluft angezogen. Die Anzugskraft stellt eine hohe Vertikalbelastuiig der Berührungsflächen der Bauelemente dar.In steel structures, it is known and common to use under Use of screws and nuts with high tensile force to create a firm connection between the components by utilizing the frictional forces on the contact surfaces. The screws or nuts are tightened by hand or with compressed air using wrenches (turning or pushing tools) or the like. The tightening force places a high vertical load on the contact surfaces of the components.

Bei dieser Methode besteht jedoch das Problem, daß auf der Materialoberfläche vorhandener Host die Reibungskraft zwischen den Bauelementen wesentlich herabsetzt, was dazu führen kann, daß die Berührungsflachen aufeinandergleiten. Bauelemente mit rostigen Oberflächen werden natürlich nicht absichtlich verwendet, lassen sich aber häufig nicht vermeiden. Es wurden daher Schrauben und Muttern mit hohen' Zugspannungswerten verwendet, und um die schwache Reibungskraft zu verstärken und ein Gleiten zu verhindern, mußte man die SchraubenHowever, there is a problem with this method that on the surface of the material host the frictional force between the components significantly reduces what to can cause the contact surfaces to slide on each other. Components with rusty surfaces are of course not used on purpose, but often cannot be avoided. Bolts and nuts with high tensile stress values were therefore used to reinforce the weak frictional force and to prevent slipping you had to tighten the screws

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bzw. Muttern sehr fest anziehen« Hierdurch wird aber die Spannung der Schraubenanordnung so groß, daß die ibd.alkraft der Schraube nach dem Anziehen mit der Zeit merklich geringer wird (vergl. Figur 7), so daß nach einer gewissen Zeitdauex' die Schraube erneut angezogen werden muß. In großen Stahlkonstruktionen wird eine große Anzahl von Schrauben verwendet. V/ür&e man diese vielen Schrauben eine nach der anderen nochmals anziehen, so würde dies den Arbeite- und Zeitaufwand beträchtlich erhöhen.or tighten nuts very firmly. ”This, however, increases the tension the screw arrangement so large that the ibd.alkraft of After tightening the screw becomes noticeably smaller over time (see FIG. 7), so that after a certain period of time the Screw must be tightened again. In large steel structures a large number of screws are used. For & e you tighten these many screws again one after the other, so this would increase the labor and time expenditure considerably.

Außerdem war bisher die Reibungskraft zwischen den Bauelementen nicht groß, und die Spannung an den Schrauben bzw. Muttern war ungünstig. Die bisher erreichbaren Reibungsverbindungen hatten eine geringe Festigkeit, wenn sie während einer längeren Zeitdauer wiederholt belastet wurden (vergl. die untere Kurve in Pigur 8). Der sogenannte Schlupfkoeffizient (Schlupfbelastung der Verbindung/G-esamtkraft des Schraubenschaf te s) wurde -wesentlich niedriger als ein ursprünglicher Normwert (beispielsweise 0,35). Da sich aus diesem G-rund Schrauben hoher Zugbelastung zur Verbindung von Bauelementen mit .ITlächenberührung nicht eignen, wenn lastwiederholungen über eine lange Zeitdauer auftreten, waren die Anwendungsmöglichkeiten solcher Schrauben entsprechend begrenzt, falls nicht "aufwendige und komplizierte Spezialverbindungen benutzt wurden. Wie schon erwähnt wurde, waren zum Erreichen einer ausreichend großen Reibungskraft zwi- . sehen den zu verbindenden Bauelementen sowohl eine hohe Schaftkraft beim Anziehen der Schrauben als auch ein übermäßig großes Anzugsmoment erforderlich. Hierdurch wird der Befestigungsvorgang zusätzlich erschwert. Da die Baukonstruktionen und somit auch die Verbindungen immer größer werden, müssen natürlich auch größere Greif schrauben von 32 bis 36 mm Durchmesser (statt 25 mm) verwendet werden. Das zum Anziehen dieser Schrauben er- forder"liehe Drehmoment würde von 60 kg-m bis auf 120 bis 150 kg-m ansteigen. Ein Anzugsmoment von mehr als 80 kg-m isij&ber selbst bei Verwendung von elektrischen Druckluft-Schraubenschlüsseln nicht leicht erreichbar. Der Befestigungsvorgang von Hand oderIn addition, the frictional force between the components was previously not great, and the tension on the screws or nuts was unfavorable. The frictional connections achievable up to now had a low strength when they were repeatedly stressed over a longer period of time (cf. the lower curve in Pigur 8). The so-called slip coefficient (slip load on the connection / total force of the screw shaft) was significantly lower than an original standard value (for example 0.35). Since screws of high tensile load from this G-round are not suitable for connecting components with surface contact if loads are repeated over a long period of time, the possible uses of such screws were correspondingly limited, unless "expensive and complicated special connections were used. As already mentioned to achieve, were of a sufficiently large frictional force be-. see the to be connected components both high stem force when tightening the screws as well as an excessively large torque required. This makes the mounting process is more difficult. Since the structures and thus the compounds are getting bigger , of course, larger gripping screws with a diameter of 32 to 36 mm (instead of 25 mm) must be used. The torque required to tighten these screws would increase from 60 kg-m to 120 to 150 kg-m . A torque of more than 80 kg m & ISIJ about even with the use of electric pneumatic wrenches not easily accessible. The fastening process by hand or

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nriit Spezialwerkzeugen würde- also extrem schwierig, so daß bei den bisher "üblichen Methoden für größere BaxLkonstrüfctionen praktisch keine Möglichkeit einer befriedigenden Reibungsverbindung bestand. .-.:■-■■". ..;.-"-■ / .nriit special tools would be extremely difficult, so that with the previously "usual methods for larger BaxLkonstrüfctionen practical there was no possibility of a satisfactory frictional connection. .- .: ■ - ■■ ". ..; .-" - ■ /.

Aufgabe der Erfindung ist, die. Machteile der olien, erläuterten bekannten Methoden zu_: vermeiden und.-ein Verfahren anzugeben, das mit einem" geringeren Anzugsmoment für die Schrauben bzw. Muttern auskommt und eine starke Reibungsverbindung selbst bei Anziehen der Schrauben oder Muttern von Hand gewähr leistet. : - - ^.The object of the invention is that. Disadvantages of the olien, explained known methods to _: avoid and.-specify a method that gets by with a "lower tightening torque for the screws or nuts and ensures a strong friction connection even when the screws or nuts are tightened by hand.: - - ^ .

Die Erfindung löst diese Aufgabe daduröh, daß während ues Anziehens der .Schraube oder einer Mutter das zum Anziehen verwendete Werkzeug und/oder die Schraube oder Mutter mit "Vibrationsenergie beaufschlagt wird. Der Frequenzbereich der Vibrationsenergie kann von oberhalb, der Sprächfrequenz bis in den Ultraschallbereich reichen. - _;-The invention solves this problem in that while the screw or a nut is being tightened, the tool used for tightening and / or the screw or nut is subjected to vibration energy. The frequency range of the vibration energy can range from above the speech frequency to the ultrasonic range . - _; -

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß der_; Erfindung besteht darin, daß die Zugkraft des Schraubenschaftes nicht mit der Zeit geringer· wird und .Ermüdungserscheinungen vermieden werden, so daß die Stabilität derBauk:onstruktionen selbst ohne Nachziehen der Schrauben gewährleistetbleibt./A particular advantage of the method according to the _; The invention consists in the fact that the tensile force of the screw shaft does not decrease over time and symptoms of fatigue are avoided, so that the stability of the construction is guaranteed even without retightening the screws. /

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nun naher erläutert werden. Es zeigen: . . The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show it: . .

Figur 1 bis 3 schrägbildliche Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung; FIGS. 1 to 3 are diagonal representations of a preferred exemplary embodiment of the invention;

Figur 4 eine vergrößerte Ansicht der Berührungsstelle zwischen den Bauteilen gemäß dem Stand der Technik; FIG. 4 shows an enlarged view of the point of contact between the components according to the prior art;

Figur 5 eine vergrößerte Ansicht der Berührungsstelle .zwischen den Bauelementen bei Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens; . -' -^: - - ^; ■. ^:" ."FIG. 5 shows an enlarged view of the contact point between the components when the method described here is used; . - ' - ^: - - ^; ■. ^: "."

Figur 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vibrationsfrequenz und der Berührungsrate unter dem MaßFigure 6 is a graph showing the relationship between the vibration frequency and the touch rate below the measure

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des Ausfüllens von Zwischenräumen gemäß der Erfindung;the filling of gaps according to the invention;

I¹IgUr 7 eine graphische-Darstellung der zeitlichen Änderung der Schaftzugkraft von Schrauben hoher Zugbelastung im Vergleich mit dem Stand der Technik; undI ¹ IgUr 7 a graphical representation of the time change in the shank tensile force of screws with high tensile loads in comparison with the prior art; and

Figur 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Amplitude sich wiederholender Belastungen und der Anzahl der Belastungsgänge bis zum Versagen der Verbindung durch Gleiten bei' einer Reibverbindung gemäß der Erfindung bzw. nach dem Stand der Technik.Figure 8 is a graph showing the relationship between the amplitude of repetitive loads and the number the load courses up to the failure of the connection by sliding in 'a friction connection according to the invention or after the state of the art.

Miteinander zu verbindende Platten 6 und 6a werden in gleicher Höhe mit ihrer Stoßlinie zwischen zwei Seitenplatten 7 und 7a angeordnet. Dann werden diese Platten mit den erforderlichen Schrauben und Muttern, die von Hand oder mechanisch angezogen werden, miteinander befestigt. Derartige Verbindungen sind an sich bekannt.Plates 6 and 6a to be connected to one another are at the same height with their joint line between two side plates 7 and 7a arranged. Then these panels are made with the required Screws and nuts that are tightened by hand or mechanically, fastened together. Such connections are known per se.

Erfindungsgemäß wird während der Befestigung der Teile bzw. beim Anziehen einer Schrauben- und Mutteranordnung oder auch eines einfachen Schraubbolzens mittels einer Leistungsquelle geeigneter Frequenz Vibrationsenergie zur Einwirkung gebracht. Die Frequenz sollte vorzugsweise im Bereich von oberhalb der Sprechfrequenz bis zu Ultraschallschwingungen liegen. Die Vibrationsenergie kann durch einen Vibrator oder Wandler vom elektrostriktiven oder magnetostriktiven Typ zugeführt werden. Gemäß der Zeichnung werden jeweils magnetostriktive Wandler 4 verwendet, welche die gewählte Frequenz über die Klemmen 10, 10a empfangen. In einem solchen Pail richtet sich die Eingangsleistung der Wandler 4 nach der erforderlichen, durch die Pfeile 9 angedeuteten Vibrationsenergie unter Berücksichtigung der Anzugskraft für die Schrauben-Mutteranordnung oder eine einfache Schraube. Die erforderliche Anzugskraft richtet sich selbstverständlich nach der Größe der Platten 6, 6a und der Seitenplatten 7» 7a sowie der Schrauben 1 und Muttern 2. Wenn die erforderliche Vibrationsenergie nicht von einem einzelnen Wandler geliefert werden kann, können in an sich bekannter Anordnung zwei oder mehr Wandler verwendet werden. Pur das Zuführen der Vibrations-According to the invention, during the fastening of the parts or when tightening a screw and nut arrangement or else a simple screw bolt by means of a power source Frequency brought vibration energy to act. The frequency should preferably be in the range above the Speech frequency up to ultrasonic vibrations. The vibration energy can be fed by a vibrator or transducer of the electrostrictive or magnetostrictive type. According to the In the drawing, magnetostrictive transducers 4 are used in each case, which receive the selected frequency via terminals 10, 10a. In such a pail, the input power of the Converter 4 according to the required vibration energy indicated by arrows 9, taking into account the attraction force for the screw-nut assembly or a simple screw. The required tightening force is of course determined according to the size of the panels 6, 6a and the side panels 7 »7a as well as bolts 1 and nuts 2. If the required vibration energy is not supplied by a single transducer can be, two or more transducers can be used in an arrangement known per se. Purely feeding the vibration

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energie bestehen die verschiedensten Möglichkeiten., Beispielsweise kann die Energie das Werkzeug 3 über ein an das Werkssug angeschraubtes Horn 5 beaufschlagen ₉ wie im einzelnen in Figur 1 dargestellt ist» Gemäß Figur 2 wirkt die Energie auf das andere Ende der Schraube 1 ein_p gemäß Figur 3 dagegen auf eine der Platten» In jedem Fall soll die Einwirkungsstelle der der Energie in Verbindung bzw« Übereinstimmung mit der Resonanz·=- länge der verwendeten Frequenz gewählt werden, Das erwähnte Horn 5 kann weggelassen werden, wenn nur eine relativ kleine Vibrationsenergie benötigt wird«.energy exist various possibilities., For example, the energy of the tool 3 act upon via a screwed-on to the Werkssug horn 5 is ₉ as shown in detail in Figure 1. "Referring to Figure 2 acts, the energy on the other end of the screw 1, a _p according to FIG 3, on the other hand, on one of the plates »In any case, the point of action of the energy in connection or« correspondence with the resonance · = - length of the frequency used should be selected. The mentioned horn 5 can be omitted if only a relatively small vibration energy is required «.

Die Wirkung der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus den folgenden Betrachtungen» Zunächst sei auf Figur 4 verwiesen, die eine typische Berührungsstelle zwischen den Platten im Falle einer Reibungsverbindung durch von Hand oder mechanisch angezogene Schrauben und Muttern gemäß dem Stand der Technik zeigte Wie man .sieht, ist die-Berührungsfläche sehr unregelmäßig, und die beiden Platten "beißen" sich mit ihrer sägezahnförmigen Gestalt durch den Rost und andere auf ihnen liegende Partikel. Aus diesem Grund beträgt die wirkliche Berührungsfläche nicht mehr als etwa 15 $ der Gesamtfläche_s so daß bisher übermäßige Befestigungskräfte und Schrauben und Muttern hoher Zugspannung erforderlich waren. Selbst wenn die Schrauben- und Mutteranordnung mit einem mechanischen Werkzeug hoher Leistungsfähigkeit, angezogen wurde, war es praktisch unmöglich, ein Gleiten der Flächen der Bauelemente zu vermeiden. Wenn jedoch gemäß der Erfindung das Befestigungswerkzeug oder die Sohraube oder Mutter oder eines der zu verbindenden Bauelemente mit Vibrationsenergie beaufschlagt wird, werden Rost und andere Teilchen auf den Be- · rührungsflachen der Bauelemente fein zerkleinert. Die Berührungs flächen werden flache^ wie in Figur 5dargesteilt ist. Da die scharfen Spitzen des Sägezahnprofils durch auf der Vibrationsenergie beruhende elastische Vibration zerdrückt oder abgetragen werden, wird der Befestigungswiderstand für die Schraube wesentlich vermindert. Beim Anlegen Von Vibrationsenergie beim Befestigen der Schraube werden die feinen Partikel A auf der Berührungsfläche 'ferner verteilt und in die Zwischenräume gefüllt.The effect of the invention and its advantages emerge from the following considerations. Reference is first made to FIG. 4, which shows a typical point of contact between the plates in the case of a frictional connection by means of screws and nuts tightened by hand or mechanically according to the prior art. sees, the contact surface is very irregular, and the two plates "bite" with their sawtooth shape through the rust and other particles lying on them. For this reason, the actual contact area is no more than about 15 $ of the total area _s, so that excessive fastening forces and bolts and nuts of high tensile stress have been required heretofore. Even when the bolt and nut assembly was tightened with a high performance mechanical tool, it was practically impossible to prevent the surfaces of the components from sliding. If, however, according to the invention, the fastening tool or the socket or nut or one of the structural elements to be connected is subjected to vibration energy, rust and other particles on the contact surfaces of the structural elements are finely comminuted. The contact surfaces are flat as shown in FIG. Since the sharp tips of the sawtooth profile are crushed or worn away by elastic vibration based on the vibration energy, the fastening resistance for the screw is significantly reduced. Further, when vibrational energy is applied in fastening the screw, the fine particles A on the contact surface are dispersed and filled into the spaces.

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Die Berührungsfläche wird also größer, -und die Zwischenräume werden besser geschlossene Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Frequenz der angeführten Energie zu, wie,in ligur 6 gezeigt ist. Bei der konventionellen Befestigungsmethode ohne Vibration beträgt der Berährraigsgrad zwischen den Bauelementen nur 15 $> oder weniger, während bei dem hier beschriebenen Verfahren sowohl der Berührungsgrad als auch das Ausmaß der Ausfüllung der Zwischenräume etwa 50 $ bei Supersprechfrequenz, d.h.' 4G00 Hz und ungefähr 90 % bei Ultraschallfrequenz, d.h. 60 kHz erreicht. 60 kHz war die bei praktischen Versuchen maximal verwendete "Frequenz, bei welcher die beiden Kurven gemäß Figur 6 annähernd flach wurden, und welche für praktische Zwecke ausreichend sein dürfte. Bei Anwendung der Erfindung wird die Reibungeverbiiidungskraft der Bauelemente selbst so stark, daß es nicht mehr notwendig ist, zu ihrer Befestigung Schrauben mit übermäßr.g großer Zugbeanspruchung des Schaftes zu verwenden. Aus diesem Grund wird auch ein Absinken der Zugkraft verhindert und die Ermüdungsfestigkeit der Schraube beträchtlich verbessert.The contact area becomes larger and the gaps become better closed. This effect increases with increasing frequency of the energy mentioned, as shown in ligur 6. With the conventional fastening method without vibration, the degree of contact between the components is only $ 15> or less, while with the method described here both the degree of contact and the extent to which the gaps are filled are about $ 50 at super-speaking frequency, i.e. '4G00 Hz and about 90 % reached at ultrasonic frequency, ie 60 kHz. 60 kHz was the maximum frequency used in practical tests, at which the two curves according to FIG. 6 became approximately flat, and which should be sufficient for practical purposes. When the invention is used, the frictional force of the components themselves becomes so strong that it is no longer It is necessary to use screws with excessive tensile stress on the shank for their fastening, which also prevents the tensile force from dropping and improves the fatigue strength of the screw considerably.

Die Beaufschlagung eines Befestigungswerkzeugs, einer Schraube oder eines der zu befestigenden Elemente mit Vibrations energie hat auch Vorteile beim Befestigungsvorgang. Zwischen der Schraube (einschließlich einer üblichen Unterlegscheibe) und den Bauelementen entsteht nämlich aufgrund der Vibration ein Spalt, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen ihnen kleiner wird. Hierdurch wird das Drehen der Schraube erleichtert und außerdem das Befestigungs- oder Anzugsmoment mit zunehmender Be-.rührung zwischen den Elementen vermindert. In vielen Versuchen wurde festgestellt, daß das erforderliche Drehmoment kleiner als 1/1O des Drehmomentes sein kann, das ohne Vibration benötigt würde, so daß für große Schrauben kein Spezialwerkzeug wie a.B. ein Druckluft-Stoßwerkzeug benötigt wird. Durch die Erfindung wird also der Arbeitsvorgang vereinfacht und erleichtert.The application of vibration to a fastening tool, a screw or one of the elements to be fastened energy also has advantages in the fastening process. Between the screw (including a common washer) and This is because the components create a gap due to the vibration, which reduces the coefficient of friction between them will. This facilitates the turning of the screw and also the fastening or tightening torque with increasing contact diminished between the elements. In many attempts it has been found that the torque required can be less than 1/10 of the torque required without vibration so that no special tool like a.B. a pneumatic impact tool is required. The work process is thus simplified and facilitated by the invention.

Die folgenden Beispiele für ein Verfahren gemäß der Erfindung dienen zum Vergleich mit konventionellen Methoden.The following examples of a method according to the invention are used for comparison with conventional methods.

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Gemäß einem ersten Beispiel wurden zwei Schrauben hoher Zugspannung mit einem Durchmesser von 32 mm und einer anfänglichen Zugbelastung des Schaftes von 25 x 10"* zur Verbindung Von zwei 50 mm dicken Platten mit einer anderen, 25 mm dicken Platte verwendet, für die in einer Schichtanordnung eine Reibungsverbindung hergestellt werden sollte» Die Schrauben wurden unter Verwendung eines Stoßwerkzeugs angezogen, wobei ein Drehmoment von 150 fcg-ni notwendig .war* Die Befestigung erfolgte zweimal für die Dauer von 30 Minuten. Die Schaftzugkraft sank nach 25 Minuten auf 20 x-10". oder tiefer ab, wie die untere Kurve in Figur 7 zeigt. Im lauf der Zeit sinkt die Zugkraft noch weiter ab„ Gleichzeitig sinkt auch die Amplitude wiederholter Belastungen mit zunehmender Anzahl der Belastungsgänge ab, wie die untere* Kurve in Figur 8 zeigt. Hierbei war es unmöglich,, den Normwert des Schlupfkoeffizienten von 0,35 einzuhalten„.According to a first example, two screws with high tensile stress with a diameter of 32 mm and an initial tensile load on the shaft of 25 x 10 "* to connect two 50 mm thick plates with another 25 mm thick plate used, for which a frictional connection should be made in a layered arrangement »The screws were underneath Tightened using a pusher tool, which required a torque of 150 fcg-ni. * Fastening was done twice for a period of 30 minutes. The shaft tensile force decreased after 25 Minutes down to 20 x 10 ". Or lower, like the lower curve in Figure 7 shows. Over time, the tensile force decreases even further. “At the same time, the amplitude of repeated loads also decreases with increasing number of load cycles, like the lower one * Curve in Figure 8 shows. Here it was impossible, the normal value the slip coefficient of 0.35 must be adhered to ".

Nun. wurde gleichzeitig mit dem Anziehen der Schraube Vibrationsenergie bei einer Eingangsfrequenz von 20 kHz und 150 Watt zugeführt, und zwar mit einem Mechanismus gemäß Figur 1. Das erforderliche Drehmoment betrug 5 kg-m, und es wurde nur ein Arbeitsvorgang 30 Sekunden lang durchgeführte, Der Arbeitsvorgang konnte alsobei dem Verfahren gemäß der Erfindung viel leichter und schneller durchgeführt werden als im bekannten Falli Wie aus Figur 7 hervorgeht, änderte sich die Zugkraft der Sehraube wenig und blieb wesentlich stabiler als im bekannten Fall. Auch die Amplitude wechselnder Belastung verbesserte sich merklich, vor allem, bei einer "Anzahl der Belastungsgänge von mehr als 15 QOö, wie aus Figur 8 hervorgeht| der Schlupfkoeffizient blieb höher als der Normwert von 0,35.So. became vibration energy at the same time as tightening the screw at an input frequency of 20 kHz and 150 watts fed, with a mechanism according to Figure 1. The required Torque was 5 kg-m and there was only one operation The operation performed for 30 seconds could then be much easier with the method according to the invention and can be carried out more quickly than in the well-known case As can be seen from FIG. 7, the tensile force of the visual hood changed little and remained much more stable than in the known case. Also the The amplitude of changing loads improved noticeably, especially with a "number of load cycles of more than 15 QOö, as can be seen from FIG. 8 | the slip coefficient remained higher than the normal value of 0.35.

Bei einem .zweiten Beispiel wurden wieder die Schrauben und Platten wie beim ersten Beispiel verwendet. Die^ Vibrationsener- : gie beruhte auf einer Eingangsfrequenz von 40 kHz bei 150 Watt und würde an den Kopf der Schraube angelegt, wie in Figur 2 gezeigt ist. Die Schraube wurde mit einem normalen Schrauben- ; schlüssel angezogen. Das erforderliche Drehmoment betrug 5 kg-m, jIn a second example, the screws and Plates used as in the first example. The ^ vibrating energies: Energy was based on an input frequency of 40 kHz at 150 watts and would be applied to the head of the screw as in Figure 2 is shown. The screw was made with a normal screw; key tightened. The torque required was 5 kg-m, j

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und die Befestigung war nach einem einzigen Arbeitsgang und etwa 30 Sekunden voHLendet. Hins ich. ti ich. der Schaft zugkraft, der Amplitude wiederholter Belastung und der Ermüdungsfestigkeit wurden dieselben Ergebnisse wie beim ersten Beispiel festgestellt. ·and the fastening was after a single operation and about 30 seconds to finish. I look ti i. the shaft pulling force, of the repetitive loading amplitude and the fatigue strength, the same results as in the first example were found. ·

G_emäß einem dritten Beispiel wurden die Bedingungen des ersten Beispiels in ähnlicher Weise wiederholt. Die Eingangsfrequenz für die Vibrationsenergie betrug jedoch nun 30 kHz bei 150 Watt. Me Energie wurde gemäß !Figur 3 zugeführt. Es konnten die gleichen Ergebnisse wie beim ersten Beispiel festgestellt werden.G _e Mäss a third example, the conditions of the first example were repeated in a similar manner. However, the input frequency for the vibration energy was now 30 kHz at 150 watts. Me energy was supplied according to FIG. The same results as in the first example could be found.

Gemäß einem vierten Beispiel wurden die Bedingungen des ersten Beispiels im wesentlichen wiederholt, doch wurde eine Vibrationsenergie aufgrund einer Eingangsfrequenz von 4OOO Hz gemäß Figur 1 bis 3 zugeführt. Das Ergebnis war, daß ein einziger Arbeitsgang und ein Anzugsmoment von 80 kg-m erforderlich waren. Im Vergleich mit den obigen Beispielen war also ein etwas höheres Drehmoment notwendig, das aber immer noch um die Hälfte . kleiner war als bei konventionellen Methoden. Es wurden wieder die Schaftzugkraft gemäß Figur 7 und die Amplitude gemäß Figur 8 erreicht.In a fourth example, the conditions of the first example were substantially repeated but one Vibration energy due to an input frequency of 4,000 Hz according to Figure 1 to 3 supplied. The result was that one Operation and a tightening torque of 80 kg-m were required. Compared to the examples above, it was a bit higher Torque necessary, but still by half. was smaller than with conventional methods. The shaft tensile force according to FIG. 7 and the amplitude according to FIG. 8 were again obtained achieved.

Die Anzahl der zu verwendenden Wandler und die Größe der zugeführten Vibrationsenergie sind nach der Art, Qualität und Größe der Bauelemente und Schrauben zu wählen. Die Frequenz liegt vorzugsweise im Bereich von oberhalb der Sprechfrequenz bis zu Ultraschallfrequenzen, insbesondere von 4kHz bis 60 kHz.The number of transducers to be used and the size of the vibration energy supplied depend on the type, quality and Size of components and screws to choose. The frequency is preferably in the range above the speaking frequency up to ultrasonic frequencies, in particular from 4 kHz to 60 kHz.

Durch die Erfindung wird also vor allem erreicht, daß bei der gegenseitigen Be'festigung von Bauelementen großer Eisenkonstruktionen' mittels gewöhnlichen Schraubenverbindungen durch Beaufschlagen mit Vibrationsenergie die Befestigungskraft der Schrauben und die Reibungskraft zwischen den Bauelementen sprunghaft vergrößert werden. Die Ermüdungsbeständigkeit der Schrauben- und Mutteranordnung und die Stabilität der Konstruktionen werden dadurch beträchtlich verbessert.The main thing achieved by the invention is that when building elements of large iron structures are mutually fixed to one another, the fastening force of the Screws and the frictional force between the components by leaps and bounds be enlarged. The fatigue resistance of the bolt and nut assembly and the stability of the structures are thereby considerably improved.

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Claims

A method for Befestigen- of components by means of a screw, characterized geke η η ζ ei ch η e, t that the tool / the screw itself or one of the components used to donning Wirde subjected to vibration energy during tightening of the screw or a nut

2. worship according to claim T _p characterized: geke im- " records that the vibration energy is supplied with an input frequency: isty which is selected from a range from above the speech frequency up to ultrasonic frequencies.

3. The method according to claim 2 ₉ , characterized in that the '! Frequency is selected from a range between approximately 4 kHz and approximately 60 kHz "

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