DE2521428C2 - Meßgerät zur Bestimmung des Anzugsmomentes, des Kopf- und Gewindeanteils des Anzugsmomentes und der axialen Vorspannkraft eines Schraubenbolzens bzw. einer Schraubenverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgeräi zur Bestimmung lies Anz.ugsmoinentes, des Kopf- und GewindcanieiK des Anzugsmomentes und der axialen Vorspaimkrali eines Schraubenbolzens bzw. einer Schraiibenverbin· llung, mit einer lorsionselastischen Einspannhülsc lür ilen Schraubenbolzen und mil einer drehclasiischen lliilierung der Einspannhülse am Ciehäusc und mil Mitteln auf der Einspannhülse zum Messen ihrer Torsionsspannung und ihrer Spannung in axialer Richtung.

Durch die DE-PS !2 77 583 und durch den Aufsatz »Messen der Vorspannkraft und der Reibungszahle:i mil einem Schraubenineßgeräi« in »Konstruktion«. 20. lahrgang (1968), I left 7. S. 251 bis 259. isi ein Schraubenprüfgeräi bekannt, mit welchem das Anzugsmoment, die axiale Vorspannkraft und die Torsions spannung beim Anziehen von Schrauben unmittelbar gemessen und aus diesen Größen der Kopfanteil des Anzugsmomenies (meist Kopfreibmomenl genannt) und der Gewindeanteil des Anzugsmomenles ((ic windereibmomeni) indirekt ermittelt werden können. Das bekannte .Schraubenprüfgerät besitzt eine Ein spannhülse, an deren beiden linden die zu prüfende Schraube unter Zwischenschaltung von Einsatzsiuckcn eingespannt wird. Die dorl an beiden Enden mil ic einem Flansch versehene Einspannhülse ist über Kugcl- bzw. Nadellager reibungsarm innerhalb einer becher förniigen Gehüusebiichse gelagert. Die Einspannhülse ist über eine in ihrer axialen Verlängerung angeordnete drehelaslische I !aliening am Boden der Gchäiiscbüchsc lösbar befesligt. Die Halterung besieht dort aus einem Verdrehungsmeßsiab. an welchem Dehnungssireifen zur Erlassung des gesamten aufgebrachten Anzugsinomeines angeordnet sind, während die Vorspannkrafi und die Torsionsspannung der Schraube mittels Dehnungsmeßscheiben erfaßt werden, die am Umfang der Einspannhülse angebracht sind. Bei diesem bekami len Schiaubenprulgeräl ist jedoch ein Stirnende der Einspannhülse durch die drehelaslische Halterung verdeckt und liegt dieses Stirnende zudem unzugänglich im Inneren des Gehäuses, weshalb daß Meßgeräi beim Auswechseln der Einsatzstücke auseinandergenommen und dementsprechend mehrteilig ausgebildet werden muß. Hierdurch wird jedoch die Handhabung des Meßgerätes erschwert und zugleich ein verhältnismäßig hoher I lerstcllaufwand bedingt.

Durch »Draht-Welt«, 1970, Beilage zu Heft 3, S. 5 und durch »Verbindungstechnik«, 1972, Heft 7, S. 2 ist ferner ein Meßgerät zur Bestimmung der axialen Vorspannkraft des Kopfreibmomentes und des Gewindereibmomentes von Schraubverbindungen bekannt, bei welchem diese drei Meßgrößen an jeweils gesonderten Meßelementen erfaßt werden, die eine axiale Druckmeßdose und zwei koaxial angeordnete über ein Axialdrucklager gegeneinander abgestützte, scheibenförmige Torsionsmeßzellen umfassen. Jede einstückig gefertigte Torsionsmeßzelle besteht aus einer Nabe, einem äußeren Lagerring und drei tangential zur Nabe angeordneten Speichen, die entsprechend den aufgebrachten Torsionsmomenten gedehnt bzw. gestaucht werden, was mit Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Das bekannte Meßgerät ist jedoch in mehreren Hinsichten unbefriedigend. Denn durch die Verwendung von drei verschiedenen Meßelementen ist einerseits der Fertigungsaufwand verhältnismäßig hoch. Anderer-

<>° seits werden dort Meßkraftkomponenten über Zwischenlager, insbesondere über das Axialdrucklager, zu Meßelementen geleitet, wobei durch die Lagerreibung Meßungenauigkeiten verursacht werden. Da die Lagerreibung nichtlinear mit den aufgebrachten Kräften an-

^(is> wächst, lassen sich die Einflüsse der Lagerreibung auch nicht durch eine Justierung des Gerätes eliminieren. Die Torsionsmeßzellen mit ihren tangentialen Speichen sind darüber hinaus äußerst schwierig zu fertigen, zu-

mal die nur in ihrer Längsrichtung zug- bzw. druckbelasteten Speichen eine kleine Querschnittsfläche besitzen dürfen, damit eine ausreichende Meßempfindlichkeit sichergestellt wird. Solche Speichen sind aber derart bruchgefährdet, daß ein Anziehen der zu prüfenden Schraube mittels eines Schlagschraube» nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubenprüfgerät zu schaffen, bei welchem beide Enden der Einspannhülse für ein Auswechsein der Finsatzstücke frei zugänglich sind; darüber hinaus soll sich das Meßgerät durch eine hohe Meßgenauigkeit bei robustem Aufbau und eine preiswerte Herstellbarkeit aus nur wenigen Bauteilen auszeichnen.

Ausgehend von einem Meßgerät der eingangs genannten Art wird dies erfindiingsgemäß dadurch erreicht, daß die F.inspannhülsc über von ihrer Umfangsflache abrugende. bicgeelastischc Anne am Gehäuse gelagert ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Biegungsspannung dieser Arme /u messen. Der Erfindung zufolge is! also die Einspannhülse nach Art einer Radnabe über Speichen am umschließenden Gehäuse befestigt, wobei im allgemeinen zwei sich diametral gegenüberliegende Speichen /iir Befestigung ausreichen. An beiden Stirnenden bleibt die Einspannhülse frei zugänglich, so daß das Auswechseln der llinsaizstüeke vorgenommen werden kann, ohne daß die llinspannhülsc ausgebaut oder das Meßgerät sonstwie /erlegt werden muß.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Arme nahe an einem Ende der EinspannhüKc angeordnet, so daß die überwiegende Länge der l'iinspannhülsc als torsionselasiischc Meß/eile ausgebildet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungslorm der Erfindung können die Arme einstückig mit der l'iinspannhülsc ausgebildet sein und an ihrem hiilsenseiligen Ende eine Querschnittsvermiiulerung aufweisen. Die Querschniitsvcrminderungen können bei jedem Arm aus einer oberen und einer unteren Hohlkehle bestehen, welche parallel zur Längsachse einer Hinspannlnilse orientiert sind, wobei in den Hohlkehlen Dehnungsmeßstreifen zur Bestimmung des Anzitgsmomenles angeordnet sind. Durch diese Querschniitsverniindcriingcn 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 Meßempfindlichkeil und zur Vermeidung von Mcßwertverlälschungen sind die Arme an ihrem freien Ende vorieilhafterweise gelenkig mit einem gehäuscfesten Lagerring verbunden. Hierbei kann vorgesehen werden, daß in der Stirnfläche jedes Armes und in der gegenüberliegenden Inner.wanduiig des Lagerringes halbzylindrische, parallel zur Längsachse der l'iinspannhülsc orientierte Nuten zur jeweils hälftigen Aufnahme eines Zylindcrslifics ausgenommen sind und daß die Stirnflächen der Arme beidseils ihrer Nuten mit Abfasungen versehen sind. Die Arme können somit um die von den Zylindersliften gebildeten Achsen reibungsarm herumschwenken.

In Weiterbildung der Erfindung kann ferner noch vorgesehen werden,dall an die Minspannhülse senkrecht zu ilen beiden biegeelaslischen Armen zwei weitere starre Arme angeformt sind, deren krcisbogcnlormig gekrümmte Stirnflächen an der Innenwandung des Lagerringes vcrschieblich geführt sind. .Schließlich können gemäß einer vorteilhaften Weilerbildung der Erfindung /ufolge nach an der Stirnflache 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 Ausführungsbeispielcs näher erläutert, wobei zeigt

Fig. 1 das Meßgerät in einem durch die Längsachse der Einspannhülse gelegten Schnitt und

Ό Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-Il in I" ig. I.

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

>5 Stirnende weist das Gehäuse 1 einen mit einer Innenschulter versehenen Innenflansch 3 auf. an dessen Innenschulicr 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 Ausdrehimg 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 ί drehbar gelagert, wobei sie jedoch über zwei diametral vom Umfang der Einspannhülse 8 abragende, biegeelastische Arme 9,10 am gehäuscfesten Ring 5 gefesselt ist. Die Arme 9, 10 weisen an ihrem der Einspannhülse benachbarten Ende eine Querschnittsvcrminderung auf, welche jeweils durch eine obere und untere, parallel zur Längsachse der Einspannhülse 8 orientierte Hohlkehle II, 12 bzw. 13, 14 geschaffen ist. Die frei·.·" Enden der Arme 9, 10 sind jeweils über einen zylindrischen Still 15, 16 an den Ring 5 bzw. dessen Abschnitt 51 angelenkt. wobei die Stifte 15, 16 jeweils hälftig in halbzylindrischen, parallel zur Längsachse der Einspannhuise 8 orientierten Nuten in den Stirnflächen der Arme 9, IO und in der gegenüberliegenden Innenwandung tics 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 Abbie gung der Arme hierbei im wesentlichen im Bereich ihrer Querschnittsvcrminderung zwischen den Paaren von Hohlkehlen Il/I2und 1 3/14erfolgt.

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 Anschlagstifie 20 etwa hälftig aufnimmt. An der gegenüberliegenden Stelle der

ⁱ⁾⁰ Innenwandung des Ringes 5 ist eine in Umlangsrichtung erweiterte Nut 21 ausgenommen, welche die andere l.ängshälfie des Anschlagstiftes 20 mi) Spiel aufnimmt und die maximale relative Verdrehbarkeit zwischen den Armen 17, 18 und dem äußeren Lagerring 5 begrenzt.

''5 Die zu prüfende Schraube, beim Aiisrohruiigsbeispiel isi eine Kopfschraube 22 gezeigt, wini über speziell zugeordnete Einsät/stücke 2i und 24. die verdrehungsfest mit der Einsnannhülse 8 verschraubt werden, in die

I jnspannhülse 8 eingespannt. An dem als verhältnismäßig dünnwandige Torsionszellc 25 ausgebildeten Bereich dei f.inspanrhiüsc 8 können mittels aul.ien angebrachter Dehnungsmeßstreifen 2f> die vom Schlau hciik.>!»t-Rcthmoi!io!H Mk abhängige Torsionssp.iniiiiug S und die axiale Vorspannkraft Λ der Schraube gemessen werde;;.

Das gesamte beim Anziehen tier Schraube aulgcbrachie Anzugsmoment M tritt im Bereich der biegeelastischen Arme 9, IO auf und wird durch die in <° den Hohlkehlen It bis 14 der Arme 9, 10 angeordneten Dehnungsmeßstreifen 27 erlaßt. Das (icwinilemomeni Λ/,,. welches gleich der Differenz des Schraubcnan/ü^s momenles A/ und des Schraiibenkoplniomentes Mf, ist läßt sich aus diesen beiden Weiten berechnen.

Wie insbesondere aus I·' ig. I ersichtlich ist. sind dk Abmessungen lies Gerätes verhältnismäßig klein, zinn.ι die Breite des Gehäuses kürzer als die Lange ilei l'liiispaiinliiilsc 8 ist. Beide Ijulen tier Hülsen 8 sind lüi einen Austausch der lünsatzsiücke 23, 24 frei zugang licl· Da die Hiegeveiformung der Arme9 und lOatil dei verhältnismäßig kleinen Bereich tier Hohlkehlen Il bi< 14 konzentriert ist. kann das Meßgerät auch mi geringen radialen Abmessungen gebaut werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Meßgerät /ur Bestimmung des Anzugsmomenles. des Kopf- und Gewindeanteils des Anzugsmo meines und der axialen Vorspannkrafi eines Schraubenbol/ens b/w. einer .Sehraubenvcrbindung. mit einer torsionselasiischen Fünspannhülse für den Sfhraubenbol/en und mit einer drehclastischcn Haitening der F.inspannhülsc am (iehäuse und mn Mitteln auf der Einspannhülse /um Messen ihrer Torsionsspannung und ihrer Spannung in axialer Richtung, dadurch gekennzeichnet, tliiΙΛ die Kinspannhülse (8) über von ihrer WmfangsHäche abragende, biegeelastische Arme (9,10) am (ichausc gelagert ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Biegungsspannung dieser Arme /u messen.

2. Meßgerät nach Anspruch '. dadurch gekeiiu zeichnet, daß die Arme (9, 10) nahe an einem Ende der Einspannhülse (8) angeordnet sind.

3. Meßgerät nach Anspruch I, dadurch gekenn zeichnet, daß die Arme (9, iO) einstückig mil der l'inspannhiilsc (8) ausgebildet sind und an ihrem hülscnseiligen Ende eine QuerschnitlsveimindeniiiL' aufweisen.

4. Meßgerät nach Anspruch 3. dadurch gekeiiu zeichnet, daß die Qiicrsehniusvermindciiingen bei jedem Arm (9, 10) aus einer oberen und einer unteren Hohlkehle (Il bis 14) bestehen, welche parallel /ur Längsachse der Einspannhülse (8) orientiert sind, und daß die Dehnungsmeßstreifen (27) zur Erlassung des Anzugsmoment in ilen I lohlkehlen angeordnet sind.

5. Meßgerät nach Anspruch I. dadurch yekcnu zeichnet, daß die Arme (9, 10) an ihrem freien Ende gelenkig mit einem gehäuscfesten Lagerring (i) verbunden sind.

b. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Stirnfläche jedes Armes (9, K)) und in der gegenüberliegenden Innenw.indiing des l.agerringes (5) halbzylindrischc. parallel zur Längs achse der Kinspannhülse (8) orientierte Nuten zur jeweils hälftigen Aufnahme eines Zylinderstifies (15, 16) ausgenommen sind und daß die Stirnflächen dci Arme beidseits ihrer NuI ahgefasl sind.

7 Meßgerät nach Anspruch I, dadui'ch gekenn zeichnet, daß an die Eiiispannhülse (8) senkrecht /u den beiden biegeelastischcn Armen (9, 10) zwei weitere, starre Arme (17, 18) angeformt sind, deren kreisbogenförmig gekrümmte Stirnflächen (19) an der Innenwandung des l.agerringes (5) verschieblieh geführt sind.

8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn /eichnet, daß an der Stirnfläche (19) eines der starren Arme (17) und an der gegenüberliegenden Innen wandung des l.agerringes (5) Anschläge zur Drehbegren/ung der Einspannhülse (8) angeordnet sind.