DE2521428B1

DE2521428B1 - Messgeraet zur bestimmung des anzugsmomentes, des kopf- und gewindeanteils des anzugsmomentes und der axialen vorspannkraft eines schraubenbolzens bzw. einer schraubenverbindung

Info

Publication number: DE2521428B1
Application number: DE19752521428
Authority: DE
Inventors: Albert Walljasper
Original assignee: ERICHSEN A M GmbH
Current assignee: ERICHSEN A M GmbH
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1976-02-19
Also published as: DE2521428C2

Description

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Arme einstückig mit der Einspannhülse ausgebildet sein und an ihrem hülsenseitigen Ende eine Querschnittsverminderung aufweisen.
Die Querschnittsverminderungen können bei jedem Arm aus einer oberen und einer unteren Hohlkehle bestehen, welche parallel zur Längsachse einer Einspannhülse orientiert sind, wobei in den Hohlkehlen Dehnungsmeßstreifen zur Bestimmung des Anzugsmomentes angeordnet sind. Durch diese Querschnittsverminderungen ist die Verformung der Arme auf einen verhältnismäßig engen Bereich konzentriert, so daß hier das Anzugsmoment mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit und zur Vermeidung von Meßwertverfälschungen sind die Arme an ihrem freien Ende vorteilhafterweise gelenkig mit einem gehäusefesten Lagerring verbunden. Hierbei kann vorgesehen werden, daß in der Stirnfläche jedes Armes und in der gegenüberliegenden Innenwandung des Lagerringes halbzylindrische, parallel zur Längsachse der Einspannhülse orientierte Nuten zur jeweils hälftigen Aufnahme eines Zylinderstiftes ausgenommen sind und daß die Stirnflächen der Arme beidseits ihrer Nuten mit Abfasungen versehen sind. Die Arme können somit um die von den Zylinderstiften gebildeten Achsen reibungsarm herumschwenken.
In Weiterbildung der Erfindung kann ferner noch vorgesehen werden, daß an die Einspannhülse senkrecht zu den beiden biegeelastischen Armen zwei weitere starre Arme angeformt sind, deren kreisbogenförmig gekrümmte Stirnflächen an der Innenwandung des Lagerringes vevrschieblich geführt sind. Schließlich können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zufolge noch an der Stirnfläche eines der starren Arme und an der gegenüberliegenden Innenwandung des Lagerringes Anschläge zur Drehbegrenzung der Einspannhülse angeordnet sein.
Daß Meßgerät nach der Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei zeigt F i g. 1 das Meßgerät in einem durch die Längsachse der Einspannhülse gelegten Schnitt und F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 11-11in Fig. 1.
Das Meßgerät besteht aus einem beispielsweise aus Aluminium gefertigten, im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 1 mit einer parallel zur Zylinderachse des Gehäuses orientierten unteren Grundplatte 2. An einem Stirnende weist das Gehäuse 1 einen mit einer Innenschulter versehenen Innenflansch 3 auf, an dessen Innenschulter der Außenring eines Kugellagers 4 befestigt ist. An das gegenüberliegende Stirnende des Gehäuses 1 ist ein einen Innenflansch darstellender Stahlring 5 angeschraubt, der in einer oberen Ausdrehung 6 den Außenring eines weiteren Kugellagers 7 aufnimmt und der mit einem angeformten, ringförmigen Abschnitt 51 in das Gehäuse 1 hineinragt.
Eine Einspannhülse 8 ist nahe ihrer beiden Enden über die Kugellager 4 und 7 reibungsarm im Gehäuse 1 drehbar gelagert, wobei sie jedoch über zwei diametrai vom Umfang der Einspannhülse 8 abragende, biegeelastische Arme 9, 10 am gehäusefesten Ring 5 gefesselt ist.
Die Arme 9, 10 weisen an ihrem der Einspannhülse benachbarten Ende eine Querschnittsverminderung auf, welche jeweils durch eine obere und untere, parallel zur Längsachse der Einspannhülse 8 orientierte Hohlkehle 11, 12 bzw. 13, 14 geschaffen ist. Die freien Enden der Arme 9, 10 sind jeweils über einen zylindrischen Stift 15, 16 an den Ring 5 bzw. dessen Abschnitt 51 angelenkt, wobei die Stifte 15, 16 jeweils hälftig in halbzylindrischen, parallel zur Längsachse der Einspannhülse 8 orientierten Nuten in den Stirnflächen der Arme 9, 10 und in der gegenüberliegenden Innenwandung des Ringes 5 aufgenommen sind. Die Stirnflächen der Arme 9 und 10 sind beidseits ihrer Nuten etwas abgefast und weisen in der in F i g. 2 gezeigten Grundstellung einen geringen Abstand von der Innenwandung des Lagerringes 5 auf, so daß bei einer Verdrehung der Einspannhülse innerhalb des Lagerringes 5 die Arme 9, 10 um die als Gelenkachsen wirkenden Stifte 15, 16 reibungsarm schwenken können, während die Abbiegung der Arme hierbei im wesentlichen im Bereich ihrer Querschnittsverminderung zwischen den Paaren von Hohlkehlen 11/12 und 13/14 erfolgt.
Senkrecht zu den beiden biegeelastischen Armen 9, 10 sind zwei weitere, breite Arme 17, 18 an die Einspannhülse 8 angeformt, deren kreisbogenförmig gekrümmte Stirnfläche 19 an der Innenwandung des Ringes 5 geführt sind. In der Stirnfläche des Armes 17 ist eine halbzylindrische, parallel zur Längsachse der Einspannhülse orientierte Nut ausgenommen, welche spielfrei einen oder mehrere Anschlagstifte 20 etwa hälftig aufnimmt. An der gegenüberliegenden Stelle der Innenwandung des Ringes 5 ist eine in Umfangsrichtung erweiterte Nut 21 ausgenommen, welche die andere Längshälfte des Anschlagstiftes 20 mit Spiel aufnimmt und die maximale relative Verdrehbarkeit zwischen den Armen 17, 18 und dem äußeren Lagerring 5 begrenzt.
Die zu prüfende Schraube, beim Ausführungsbeispiel ist eine Kopfschraube 22 gezeigt, wird über speziell zugeordnete Einsatzstücke 23 und 24, die verdrehungsfest mit der Einspannhülse 8 verschraubt werden, in die Einspannhülse 8 eingespannt. An dem als verhältnismäßig dünnwandige Torsionszelle 25 ausgebildeten Bereich der Einspannhülse 8 können mittels außen angebrachter Dehnungsmeßstreifen 26 die vom Schraubenkopf-Reibmoment MK abhängige Torsionsspannung und die axiale Vorspannkraft Pvder Schraube gemessen werden.
Das gesamte beim Anziehen der Schraube aufgebrachte Anzugsmoment M tritt im Bereich der biegeelastischen Arme 9, 10 auf und wird durch die in den Hohlkehlen 11 bis 14 der Arme 9, 10 angeordneten Dehnungsmeßstreifen 27 erfaßt. Das Gewindemoment M6, welches gleich der Differenz des Schraubenanzugsmomentes Mund des Schraubenkopfmomentes MK ist, läßt sich aus diesen beiden Werten berechnen.
Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind die Abmessungen des Gerätes verhältnismäßig klein, zumal die Breite des Gehäuses kürzer als die Länge der Einspannhülse 8 ist. Beide Enden der Hülsen 8 sind für einen Austausch der Einsatzstücke 23; 24 frei zugänglich. Da die Biegeverformung der Arme 9 und 10 auf den verhältnismäßig kleinen Bereich der Hohlkehlen 11 bis 14 konzentriert ist, kann das Meßgerät auch mit geringen radialen Abmessungen gebaut werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Meßgerät zur Bestimmung des Anzugsmomentes, des Kopf- und Gewindeanteils des Anzugsmomentes und der axialen Vorspannkraft eines Schraubenbolzens bzw. einer Schraubenverbindung, mit einer torsionselastischen Einspannhülse für den Schraubenbolzen und mit einer drehelastischen Halterung der Einspannhülse am Gehäuse und mit Mitteln auf der Einspannhülse zum Messen ihrer Torsionsspannung und ihrer Spannung in axialer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannhülse (8) über von ihrer Umfangsfläche abragende, biegeelastische Arme (9, 10) am Gehäuse gelagert ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Biegungsspannung dieser Arme zu messen.
2. Meßgerät nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (9, 10) nahe an einem Ende der Einspannhülse (8) angeordnet sind.
3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (9, 10) einstückig mit der Einspannhülse (8) ausgebildet sind und an ihrem hülsenseitigen Ende eine Querschnittsverminderung aufweisen.
4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverminderungen bei jedem Arm (9, 10) aus einer oberen und einer unteren Hohlkehle (11 bis 14) bestehen, welche parallel zur Längsachse der Einspannhülse (8) orientiert sind, und daß die Dehnungsmeßstreifen (27) zur Erfassung des Anzugsmomentes in den Hohlkehlen angeordnet sind.
5. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (9, 10) an ihrem freien Ende gelenkig mit einem gehäusefesten Lagerring (5) verbunden sind.
6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche jedes Armes (9, 10) und in der gegenüberliegenden Innenwandung des Lagerringes (5) halbzylindrische, parallel zur Längsachse der Einspannhülse (8) orientierte Nuten zur jeweils hälftigen Aufnahme eines Zylinderstiftes (15, 16) ausgenommen sind und daß die Stirnflächen der Arme beidseits ihrer Nut abgefast sind.
7. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Einspannhülse (8) senkrecht zu den beiden biegeelastischen Armen (9, 10) zwei weitere, starre Arme (17, 18) angeformt sind, deren kreisbogenförmig gekrümmte Stirnflächen (19) an der Innenwandung des Lagerringes (5) verschieblich geführt sind.
8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche (19) eines der starren Arme (17) und an der gegenüberliegenden Innenwandung des Lagerringes (5) Anschläge zur Drehbegrenzung der Einspannhülse (8) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung des Anzugsmomentes, des Kopf- und Gewindeanteils des Anzugsmomentes und der axialen Vorspannkraft eines Schraubenbolzens bzw. einer Schraubenverbindung, mit einer torsionselastischen Einspannhülse für den Schraubenbolzen und mit einer drehelastischen Halterung der Einspannhülse am Gehäuse und mit Mitteln auf der Einspannhülse zum Messen ihrer Torsionsspannung und ihrer Spannung in axialer Richtung.

Durch die DT-PS 12 77 585 und durch den Aufsatz »Messen der Vorspannkraft und der Reibungszahlen mit einem Schraubenmeßgerät« in »Konstruktion«, 20.

Jahrgang (1968), Heft 7, S. 251 bis 259, ist ein Schraubenprüfgerät bekannt, mit welchem das Anzugsmoment, die axiale Vorspannkraft und die Torsionsspannung beim Anziehen von Schrauben unmittelbar gemessen und aus diesen Größen der Kopfanteil des Anzugsmomentes (meist Kopfreibmoment genannt) und der Gewindeanteil des Anzugsmomentes (Gewindereibmoment) indirekt ermittelt werden können.

Das bekannte Schraubenprüfgerät besitzt eine Einspannhülse, an deren beiden Enden die zu prüfende Schraube unter Zwischenschaltung von Einsatzstücken eingespannt wird. Die dort an beiden Enden mit je einem Flansch versehene Einspannhülse ist über Kugel-bzw. Nadellager reibungsarm innerhalb einer becherförmigen Gehäusebüchse gelagert. Die Einspannhülse ist über eine in ihrer axialen Verlängerung angeordnete drehelastische Halterung am Boden der Gehäusebüchse lösbar befestigt. Die Halterung besteht dort aus einem Verdrehungsmeßstab, an welchem Dehnungsstreifen zur Erfassung des gesamten aufgebrachten Anzugsmomentes angeordnet sind, während die Vorspannkraft und die Torsionsspannung der Schraube mittels Dehnungsmeßscheiben erfaßt werden, die am Umfang der Einspannhülse angebracht sind. Bei diesem bekannten Schrauben prüfgerät ist jedoch ein Stirnende der Einspannhülse durch die drehelastische Halterung verdeckt und liegt dieses Stirnende zudem unzugänglich im Inneren des Gehäuses, weshalb daß Meßgerät beim Auswechseln der Einsatzstücke auseinandergenommen und dementsprechend mehrteilig ausgebildet werden muß. Hierdurch wird jedoch die Handhabung des Meßgerätes erschwert und zugleich ein verhältnismäßig hoher Herstellaufwand bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubenprüfgerät zu schaffen, bei dem beide Enden der Einspannhülse für ein Auswechseln der Einsatzstükke frei zugänglich sind; darüber hinaus soll sich das Meßgerät durch eine hohe Genauigkeit und eine preiswerte Herstellbarkeit aus nur wenigen Bauteilen auszeichnen.

Ausgehend von einem Meßgerät der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einspannhülse über von ihrer Umfangsfläche abragende, biegeelastische Arme am Gehäuse gelagert ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Biegungsspannung dieser Arme zu messen. Der Erfindung zufolge ist also die Einspannhülse nach Art einer Radnabe über Speichen am umschließenden Gehäuse befestigt, wobei im allgemeinen zwei sich diametral gegenüberliegende Speichen zur Befestigung ausreichen. An beiden Stirnenden bleibt die Einspannhülse frei zugänglich, so daß das Auswechseln der Einsatzstücke vorgenommen werden kann, ohne daß die Einspannhülse ausgebaut oder das Meßgerät sonstwie zerlegt werden muß.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Arme nahe an einem Ende der Einspannhülse angeordnet, so daß die überwiegende Länge der Einspannhülse als torsionselastische Meßzelle ausgebildet werden kann.