DE2458810B2

DE2458810B2 - Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung

Info

Publication number: DE2458810B2
Application number: DE2458810A
Authority: DE
Inventors: K I Eklund; R G Fredriksson
Original assignee: Motala Verkstad AB
Current assignee: Motala Verkstad AB
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1978-10-19
Also published as: IT1023951B; GB1487219A; DE2458810A1; DK651474A; US3947948A; JPS5411456B2; CH588332A5; SE375832B; DE2458810C3; JPS50116860A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung mit einer durch eine Bohrung in mindestens einem von miteinander zu verbindenden Bauteilen hindurchgesteckten, die Bauteile zusammenhaltenden Schraube, in welcher eine axiale Bohrung vorgesehen ist, in die eine an einem Ende mit einem Kolben versehene und mit dem anderen Ende am Boden der Bohrung anliegende Vorspannstange zum Längen der Schraube angesetzt ist, wobei der Kolben sich in einem Zylinder mit einem Druckmittelanschluß befindet und eine Mutter nach dem Längen der Schraube bis zur Anlage an einem der Bauteile aufschraubbar und anschließend die die Verlängerung der Schraube bewirkende Kraft entlastbar ist.

Die Schraubverbindung ist eine mit Muttern versehene Verbindung, die auch Bolzenverbindung genannt wird. Derartige Schraubverbindungen werden beispielsweise bei Flanschkupplungen zum Zusammenkuppeln von größeren Wellen angewendet. Diese sollen sowohl Zug- als auch Schubkräfte übertragen, wie z. B. bei Wellenverbänden in Schiffen zur Übertragung von Drehmomenten von einer Antriebsmaschine auf einen Propeller. Die vom Propeller ausgehenden Axialkräfte werden von der Welle aufgenommen.

Bisher werden derartige Verbindungen dadurch hergestellt, daß Paßschrauben mit zylindrischen und konischen Schäften mit Übermaß in genau bearbeitete oder konische Bohrungen bzw. Löcher der Kupplungen eines Wellenverbandes eingepaßt werden. Die bei der Montage entstehende Reibungs- und Deformationskraft zwischen der Manteloberfläche der Paßschraube und der Oberfläche der Bohrung des umgebenden Kupplungsteiles hat zur Folge, daß sowohl die radiale als auch die axiale Vorspannung begrenzt ist. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß die erforderliche Passung der Schrauben in den Bohrungen enge Toleranzen und damit kostspielige Einpaßmethoden notwendig macht.

Die bisher bekannten Paßschrauben in derartigen Verbindungen sind mit festen Köpfen versehen, wodurch die Herstellung der Paßschrauben kompliziert wird. Die Schrauben müssen so eingepaßt werden, daß sich die erforderliche Zugwirkung ergibt. Der Schraubenkopf muß im montierten Verband am Kupplungsflansch fest anliegen.

Aus den schwedischen Auslegeschriften 3 22 948, 3 32 320 und 3 60 714 ist es bekannt, Schrauben durch ein Druckmittel so vorzuspannen, daß die Gewindegänge bei der Montage entlastet werden. Durch die schwedische Auslegeschrift 3 61513 ist es bekannt, zwischen eine Innenfläche und eine Außenfläche einer Verbindung ein Druckmedium einzuführen. Die Vorrichtungen nach diesen Druckschriften können jedoch nicht als Lösung für die oben angegebenen Probleme bei der Montage von vorgespannten Verbindungen angesehen werden.

Aus der CH-PS 4 00 677 ist eine Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung der eingangs genannten Art bekannt. An einem Ende der Schraube ist außer der Mutter auf das Gewinde auch noch der Druckmittelzylinder aufgeschraubt. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß dieses Ende mit dem Gewinde eine weit aus der Mutter herausragende Länge haben muß, wodurch die gesamte Schraubenlänge groß wird. Nach Durchführung der Verspannung bleibt ein unerwünrchter Überstand der Schraube oberhalb der Mutter frei, was bei vielen Spannverbindungen störend ist. Eine solche Spannverbindung kann daher nicht immer angewandt werden. Die Streckkraft wirkt bei dieser Ausführung nur mit Hilfe der Vorspannstange innerhalb der axialen Bohrung der Schraube, so daß eine ungünstige Kraftverteilung vorhanden ist.

Aus der Werkschrift der Firma SKF »Druckölverband« aus dem Jahre 1960, Seite 45, Bild 42, ist das Einführen eines Gegenstandes in eine eng tolerierte Bohrung durch Einleiten eines Druckmittels in den Spalt zwischen der Außenfläche des einzusetzenden Gegenstandes und der Bohrungswand bei Ausübung eines gleichzeitigen Zuges oder Druckes auf den Gegenstand vorzunehmen, und zwar wird dort eine Preßverbindung von Zahnrädern auf Wellen gezeigt, bei dem eine Aufweitung der Zahnradbohrung zum Aufziehen des Zahnrades auf die Welle vorgenommen wird. Hierbei ist jedoch nach der Preßverbindung nur eine radiale Verspannung vorhanden. Da eine axiale Verspannung fehlt, erfolgt bei dieser Preßverbindung keine elastische Längung der Welle.

Die FR-PS 14 02 429 zeigt eine Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung, die in ihrer konstruktiven Ausführung sehr aufwendig ist. In die Schraube ist von einer Stirnseite her ein Ziehteil axial eingeschraubt, an welchem wiederum das eine Teil einer zweiteiligen hydraulischen Mutter angeschraubt ist. Die hydraulische Mutter ist über mehrere Distanzringe mit

dem am anderen Ende der Schraube angeordneten Gewinde verbunden. Die auf die zu verspannende Schraube aufzusetzende Mutter wird von einem Distanzring umgeben, so daß sie während des Spannvorganges schlecht zugänglich und bedienbar ist.

Aus der DE-OS 21 27 628 ist eine Anordnung zum Verbinden mit einer hydraulischen Mutter gezeigt, bei der sich während des Spannvorganges eine radiale Vorspannung ergibt. Eine axiale Vorspannung der Schraube läßt sich mit dieser Anordnung nicht erzielen. Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, daß es bei der Montage und der Demontage dieser Verbindung nicht möglich ist, die Mutter spannungslos an- und abzuschrauben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache und weniger kostspielige Weise als bei bekannten Vorrichtungen, eine radial und axial vorgespannte Schraubverbindung durch Erzielung einer radialen Aufweitung der Bohrung in den zu verbindenden Bauteilen herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der schwachkonisch ausgebildeten und in entsprechende Bohrungen in den Bauteilen eingesetzten Paßschraube ein System von Kanälen angeordnet ist, durch das die Innenflächen der Bohrungen in d;n Bauteilen mit Druckmittel beaufschlagbar sind, und da3 die Schraube in geprägtem Zustand in die Bauteil-Bohrungen durch eine an sich bekannte hydraulische Mutter hineinziehbar ist, die anschließend gegen eine übliche Schraubenmutter auswechselbar ist.

Das System von Kanälen besteht vorteilhaft aus einer an die Druckmittelquelle angeschlossenen und an die axiale Bohrung der Paßschraube einmündenden Bohrung, aus in der Stirnfläche der Vorspannstange angeordneten Nuten, einem von der Vorspannstange und der Bohrung gebildeten Ringspalt und mehreren, diesen Ringspalt mit den Innenflächen der Bauteil-Bohrung verbindenden radialen Kanälen.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Paßschraube elastisch verlängert wird und verlängert gehalten wird, während die Mutter ohne Belastung der Gewindegänge auf- oder abgeschraubt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung;

Fig. 2 Die Schraubverbindung in fertig montiertem Zustand;

Fig. 3 Einen Axialschnitt durch eine aus zwei Bauteilen bestehende Flanschkupplung mit einer Schraubverbindung während des Montagevorganges und einer fertig montierten Schraubverbindung.

Eine Paßschraube 1, die zwei Bauteile 2 und 3 zusammenhält, besteht aus einem schwachkonischen Mittelteil 4, das in gemeinsam ausgeriebene konische Bohrungen der beiden Bauteile 2 und 3 hineinpaßt, sowie aus zwei mit Gewinde versehenen Teilen 5 und 6. Im dickeren Teil 6 (Großende) der Paßschraube 1 ist eine Bohrung 7 vorgesehen, in der eine mit einem Kolben 8 verseheneVorspannstange 9 angeordnet ist. Eine kleinere Bohrung 10 mit Gewindeanschluß für eine Druckmittelleitung ist im dünneren Teil 5 (Kleinende) der Paßschraube 1 angeordnet und mündet in die Bohrung 7. Von der Bohrung 10 weg führen Nuten 11, durch die ein Druckmedium in einen Ringspalt 12 zwischen der Vorspannstange 9 und der Wandung der Bohrung 7 der Paßschraube 1 und von dort durch Kanäle 13 und 14 zu einem Ringspalt 15 zwischen der Paßschraube 1 und den Bauteilen 2 und 3 geführt werden kann.

Die Paßschraube 1 ist an beiden Enden mit Gewinden versehen. Auf das größere Ende ist eine Mutter 16 aufgeschraubt, auf der mittels einer Schnellkupplungsvorrichtung 18, 19 ein mit einer Stirnwand 27 versehener Zylinder 17 befestigt ist. Im Zylinder 17 ist

ίο der Kolben 8 gelagert, der mit der Vorspannstange 9 verbunden ist. Zur Zuführung von Druckmedium in den Raum 26 zwischen der Stirnwand 27 und dem Kolben 8 ist eine Bohrung 20 vorgesehen, die zum Anschluß einer Druckmittelleitung mit einem Gewinde versehen ist.

Die Vorspannstange 9, der Kolben 8 und der Zylinder 17 mit der Stirnwand 27 bilden eine Vorspanneinrichtung.

Eine als hydraulische Mutter ausgebildete Eintreibeinrichtung 21 mit einem Gewinde ist auf das kleinere Ende der Paßschraube 1 aufgeschraubt und mit einer Bohrung 22 versehen, die ein Anschlußgewinde für eine Druckmittelleitung aufweist. Zwischen der Eintreibeinrichtung 21 und dem Bauteil 2 befindet sich ein Distanzring 23, der so bemessen ist, daß zwischen der Eintreibeinrichtung 21 und dem Distanzring 23 ein Spalt 24 für Druckmedium entsteht.

Bei der Montage der Verbindung wird die Paßschraube 1 in die Bohrungen der Bauteile 2 und 3 eingeschoben. Danach wird die Mutter 16 so weit auf das größere Ende der Paßschraube 1 aufgeschraubt, bis

jo sich das erforderliche Zugmaß 25 zwischen dem Bauteil 3 und der Mutter 16 einstellt. Die Vorspannstange 9 mit dem Kolben 8 und der Zylinder 17 werden an der Mutter 16 montiert und an dieser mit der Schnellkupplungsvorrichtung 18, 19 verriegelt. Eine Leitung für die Druckmittelzuführung zum Raum 26 wird an die Bohrung 20 angeschlossen. Dann wird die Eintreibeinrichtung 21 mit dem Distanzring 23 auf das Gewinde am kleineren Ende der Paßschraube 1 aufgeschraubt, worauf Druckmittelleitungen an die Bohrungen i0 und 22 angeschlossen werden.

Danach wird durch die Bohrung 10, die Nuten 11, den Ringspalt 12 und die Kanäle 13 und 14 Druckmedium zwischen die Innenflächen der Bauteile 2 und 3 und die Außenfläche des Mittelteiles 4 der Paßschraube 1 geleitet. Gleichzeitig wird Druckmedium durch die Bohrung 20 in den Raum 26 sowie durch die Bohrung 22 in den Spalt 24 geleitet. Der Druck des Druckmediums wird erhöht, wodurch die Paßschraube 1 in den Bohrungen der Bauteile 2 und 3 einer Zugbelastung

so unterworfen wird, bis die Mutter i6 auf der Flanschebene des Bauteils 3 anliegt. Der Druck im Spalt 24 bewirkt das Verschieben der Paßschraube 1 in den Bohrungen, was dadurch erleichtert wird, daß der Druck im Ringspalt 15 diesen Spalt erweitert.

5^r) Nachdem sich die Mutter 16 an der Flanschebene des Bauteils 3 angelegt hat, wird der Druck des Druckmediums weiter erhöht, so daß sich durch die Einwirkung der Vorspannspange 9 eine elastische Verlängerung der Paßschraube 1 und damit eine Vorspannung in der Schraube einstellt. Danach wird der Druck im Spalt 24 zwischen der Eintreibeinrichtung 21 und dem Distanzring 23 sowie der Druck im Spalt 15 zwischen den Berührungsflächen der Bauteile 2 und 3 und der Paßschraube 1 entlastet, während der Druck, der auf

b^r> den Kolben 8 der Vorspannstange 9 einwirkt, beibehalten wird.

Die Eintreibvorrichtung 21 und der Distanzring 23 werden nun demontiert und durch eine Mutter 28

ersetzt, die mit einem Hakenschlüssel oder einem Drehstift angezogen wird. Darauf wird die Vorspanneinrichtung 8,9,17 entlastet und demontiert.

Bei der Demontage der Verbindung wird die Vorspanneinrichtung 8,9,17 an der Mutter 16 montiert. Ein Druckmedium mit dem erforderlichen Druck wird der Vorspanneinrichtung durch die Bohrung 20 zugeführt, so daß die Mutter 28 so weit von Hand gelöst werden kann, daß zwischen dem Bauteil 2 und der Mutter 28 ein Spiel entsteht. Danach wird die Vorspanneinrichtung entlastet. Schließlich wird Druckmedium durch die Bohrung 10 in den Spalt 15 zwischen der Außenfläche des Mittelteiles 4 und den Innenflächen der Bauteile 2 und 3 eingeleitet. Dadurch wird der Spalt 15 erweitert, so daß die Paßschraube 1 von Hand entfernt werden kann.

Die Erfindung ist nicht nur auf Verbindungen mit konischen Löchern und Schrauben mit konischem Mittelteil beschränkt. Sie kann ganz oder teilweise auch bei anderen Arten von vorgespannten Verbindungen angewendet werden, beispielsweise bei Verbindungen mit zylindrischen Schrauben und Bohrungen, um bei der Montage das Eintreiben der Schrauben in die Bohrungen zu erleichtern und eine Vorspannung der Verbindung zu bewirken. Außerdem kann die Erfindung bei der Montage solcher Verbindungen angewendet werden, bei denen der Mittelteil der Schrauben aufgrund von Korrosion der Passung festsitzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Vorspannen einer Schraubverbindung mit einer durch eine Bohrung in mindestens einem von miteinander zu verbindenden Bauteilen hindurchgesteckten, die Bauteile zusammenhaltenden Schraube, in welcher eine axiale Bohrung vorgesehen ist, in die eine an einem Ende mit einem Kolben versehene und mit dem anderen Ende am Boden der Bohrung anliegende Vorspannstange zum Längen der Schraube eingesetzt ist, wobei der Kolben sich in einem Zylinder mit einem Druckmittelanschluß befindet und eine Mutter nach dem Längen der Schraube bis zur Anlage an einem der Bauteile aufschraubbar und anschließend die die Verlängerung der Schraube bewirkende Kraft entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der schwach konisch ausgebildeten und in entsprechende Bohrungen in den Bauteilen (2, 3) eingesetzten Paßschraube (1) ein System von Kanälen (10—14) angeordnet ist, durch das die Innenflächen der Bohrungen in den Bauteilen mit Druckmittel beaufschlagbar sind, und daß die Schraube in gelängtem Zustand in die Bauteil-Bohrungen durch eine an sich bekannte hydraulische Mutter (21, 23) hineinziehbar ist, die anschließend gegen eine übliche Schraubenmutter (28) auswechselbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Kanälen aus einer an die Druckmittelquelle angeschlossenen und in die axiale Bohrung (7) der Paßschraube (1) einmündenden Bohrung (10), aus in der Stirnfläche der Vorspannstange (9) angeordneten Nuten (11), einem von der Vorspannstange und der Bohrung gebildeten Ringspalt (12) und mehreren diesen Ringspalt mit den Innenflächen der Bauteil-Bohrung verbindenden radialen Kanälen (13,14) besteht.

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