DE2714377A1

DE2714377A1 - Sensor for elongation of screw under tension - uses rod to measure length of blind axial hole in screw

Info

Publication number: DE2714377A1
Application number: DE19772714377
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Keylwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1978-10-05

Abstract

The device is for measuring the elongation of a screw (or stud) (1) under tension and comprises a blind hole (6a) extending from an accessible end of the screw to near the other end. The length of the screw can then be measured by measuring the depth of the hole. The measurement may be made with a rod inserted into the hole. The measurement can be made by monitoring the level of a liquid in the hole and in a transparent extension (8) connected to the end of the screw.

Description

Vorrichtung zur Überwachung der Spann- Device for monitoring the clamping

kraft einer Schraube Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung der Spannkraft einer zur Verspannung von Bauteilen dienenden Schraube oder eines Schraubenbolzens. by means of a screw The invention relates to a device for monitoring the clamping force of a screw used to clamp components or a screw bolt.

An hochbeanspruchten Maschinenteilen ist es häufig erforderlich, Schraubverbindungen mit einer vorgegebenen Spannkraft herzustellen. Die sichere Einhaltung vorgeschriebener Werte wird dadurch erschwert, daß zum Erreichen einer hohen Schraubenspannkraft und einer ausreichend hohen Dauerfestigkeit der Verbindung zunehmend Schrauben mit hohen Festigkeitswerten verwendet werden, die dabei meistens nahe bis an die Streckgrenze angezogen werden. Zum Spannen solcher Schrauben müssen in der Regel Montagehilfsmittel verwendet werden, weil das erforderliche Drehmoment für ein Spannen von Hand zu groß ist, bzw. weil die entsprechenden Werte nicht mehr exakt eingehalten werden können. Diese Montagehilfsmittel, die z.B.It is often necessary to use screw connections on highly stressed machine parts to produce with a given clamping force. Safe compliance with prescribed Values is made more difficult by the fact that to achieve a high bolt tensioning force and a sufficiently high fatigue strength of the connection increasingly with screws high strength values are used, which are mostly close to the yield point be attracted. Assembly aids are usually required to clamp such screws can be used because the required torque for manual clamping is too is large, or because the corresponding values are no longer precisely adhered to can. These assembly aids, e.g.

als hydraulischc Streckeinrichtung oder elektrische Anwärmeinrichtung ausgebildet sind, spannen die Schraubverbindung vor, während die Erzielung einer exakten Spannkraft der Schraubverbindung in erster Linie von dem Anzugsmoment der Schraube abhängig ist. Dieses Anziehen der Schraubverbindung mit einem Drehmomentschlüssel oder einer den Spannwinkel überwachenden Einrichtung birgt viele Fehlerquellen, da der Zustand der Gewindeflanken und der Auflageflächen zwischen Schraubenkopf oder Mutter und dem Maschinenteil unterschiedlich beschaffen sein kann, so daß ein gleiches Drehmoment oder ein gieicllet- Iachspannwinke1 nicht einer zu der gleichen Spannkraft an der Schraubverbindung führt. Ein weiterer Nachteil der genannten Methoden zur Überwachung der Spannkraft besteht darin, daß nach bereits erfolgtem Anzug der Schraubverbindung bzw. nach einer bestimmten Betriebszeit keine Möglichkeit mehr besteht, die Spannkraft der Schraubverbindung zu überprüfen.as hydraulic stretching device or electric heating device are formed, tension the screw connection, while achieving a exact clamping force of the screw connection primarily depends on the tightening torque of the Screw is dependent. This tightening of the screw connection with a torque wrench or a device that monitors the clamping angle harbors many sources of error, because the condition of the thread flanks and the contact surfaces between the screw head or mother and the machine part can be made different, so that a the same torque or an identical clamping angle not one for the same Resilience leads to the screw connection. Another disadvantage of the methods mentioned above Monitoring of the clamping force consists in that after the screw connection has already been tightened or after a certain operating time there is no longer any possibility of the clamping force to check the screw connection.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine exakte Messung der Spannkraft während des Anzugs der Schraubverbindung und im Anschluß an die Montage der Schraubverbindung möglich ist.It is therefore the object of the present invention to provide a device to create an exact measurement of the clamping force while the screw connection is being tightened and after the assembly of the screw connection is possible.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Schaft der Schraube bzw. des Schraubenbolzens eine koaxial verlaufende Sackbohrung hat, an die sich an der freien Stirnfläche der Schraube oder des Schraubenbolzens ein Meßstück anschließt, und daß in der Sackbohrung ein die Längenänderung der Schraube auf das Meßstück übertragendes Mittel angeordnet ist. Da die Schraubenlängung proportional der Spannkraft an der Schraubverbindung zunimmt, kann in entsprechender Weise die Spannkraft als Änderung des Differenzmaßes zwischen der Länge der Schraube und der fest fixierten Länge des Mittels gemessen werden.The object of the invention is achieved in that the shaft of the The screw or the screw bolt has a coaxially extending blind hole which is a measuring piece on the free face of the screw or the screw bolt connects, and that in the blind hole the change in length of the screw on the Measuring piece transmitting means is arranged. Because the screw elongation is proportional the clamping force on the screw connection increases, the Clamping force as a change in the difference between the length of the screw and the fixed length of the agent can be measured.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Mittel eine Flüssigkeit ist, mit der eine der Längenänderung der Schraube entsprechende Volumenänderung der Sackbohrung im Meßstück anzeigbar ist. Die spannungsabhängige Schraubenlängung führt dabei zu einer Vergrößerung des Volumens der Sackbohrung, so daß sich bei konstantem Querschnitt der Sackbohrung jeder Spannkraft ein entsprechend meßbarer Flüssigkeitsspiegel zuordnen läßt. Durch eine hydraulische Übersetzung, bei der das Meßstück als Rohr mit kleinerem Innendurchmesser als die Sackbohrung hergestellt ist, läßt sich die Ablesemöglichkeit der Volumenänderung verfeinern. Dabei kann, wie weiterhin vorgesehen ist, das Meßstück aus einem durchsichtigen Kunststoff hergestellt und dichtend in die Sackbohrung eingesetzt sein. Durch Verschieben des in seiner axialen Lage zur Schraube verstellbaren Meßstückes läßt sich der Flüssigkeitsspiegel vor dem Anzug der Schraubverbindung auf eine dem spannungsfreien Zustand der Schraube entsprechende Markierung abstimmen. Die Schraube hat dann die gewünschte Spannkraft, wenn sich nach dem Spannen der Flüssigkeitsspiegel mit einer unteren Markierung an dem Meßstück deckt.One embodiment of the invention provides that the agent is a liquid is, with the one of the change in length of the screw corresponding volume change the blind hole in the measuring piece can be displayed. The stress-dependent screw elongation leads to an increase in the volume of the blind hole, so that at constant cross-section of the blind hole each clamping force a correspondingly measurable Can assign liquid level. Through a hydraulic translation, in which the measuring piece as a tube with a smaller inner diameter than the blind hole is established, the ability to read off the change in volume can be refined. As is also provided, the measuring piece can consist of a transparent one Manufactured plastic and sealingly inserted into the blind hole. By moving of the measuring piece, which can be adjusted in its axial position relative to the screw, the liquid level Before tightening the screw connection, check that the screw is in a tension-free state coordinate the corresponding marking. The screw then has the desired clamping force, if after tensioning the liquid level with a lower mark covers on the test piece.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Mittel ein Meßstab ist, der am Boden der Sacklochbohrung anliegt und mit seinem freien Ende mit dem Meßstück in Wirkverbindung steht. Bei dieser Ausführungsform wird zur Ermittlung der Spannkraft die Messung der Längenänderung der Schraube in Bezug auf den Meßstab herangezogen. Entsprechend einer bestimmten Spannkraft ändert das freie Ende des Meßstabes seine Lage in Bezug zum Meßstück, wobei sich diese Verschiebung beispielsweise mit einem als Feinmessgerät ausgebildeten Meßstück überwachen läßt.According to a further exemplary embodiment of the invention, it is proposed that that the means is a dipstick that rests on the bottom of the blind hole and with its free end is in operative connection with the measuring piece. In this embodiment To determine the clamping force, the change in length of the screw is measured in Referring to the dipstick used. Changes according to a certain tension the free end of the measuring stick its position in relation to the measuring piece, which is Monitor displacement, for example, with a measuring piece designed as a precision measuring device leaves.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Meßstück am dem Meßstab benachbarten Ende eine Membran aufweist, die eine unter Gasdruck stehende Flüssigkeitssäule einschließt. Auf diese Weise kann die Anzeige der Spannkraft einfach gestaltet werden, wobei das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen zur Vermeidung einer temperaturbedingten Dehnung gering gehalten wird.It is also proposed that the measuring piece be adjacent to the measuring stick Has a membrane end which encloses a column of liquid under gas pressure. In this way, the display of the clamping force can be made simple, with the enclosed volume of liquid to avoid a temperature-related Elongation is kept low.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnuny verwiesen, in der drer Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer durch Bruchlinien verkürzt dargestellten Schraubverbindung, bei der die Sackbohrung mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt einer Schraubverbindung, bei der in der Sackbohrung ein Meßstab angeordnet ist, Fig. 3 einen Längs schnitt durch den oberen Abschnitt einer Schraubverbindung, bei der die Sackbohrung mit einer Flüssigkeit gefüllt und das Meßstück als schraubenförmig gewundenes Rohrstück ausgeführt ist und Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schraubverbindung gemäß Figur 3.For a further explanation of the invention, reference is made to the drawing, in the three exemplary embodiments are shown in simplified form. Show it: Fig. 1 shows a longitudinal section of a screw connection shown abbreviated by breaking lines, in which the blind bore is filled with a liquid, FIG. 2 shows a longitudinal section through the upper section of a screw connection, in which a blind hole Dipstick is arranged, Fig. 3 is a longitudinal section through the upper portion of a Screw connection in which the blind hole is filled with a liquid and the Measuring piece is designed as a helically wound piece of pipe and FIG. 4 shows a Top view of the screw connection according to FIG. 3.

In den Figuren 1 bis 4 ist, soweit dargestellt, mit 1 ein Schraubenbolzen bezeichnet, der mittels einer Mutter 2 zur Verspannung von Bauteilen 3 und 4 dient. Dabei ist der Schraubenbolzen 1 mit einer koaxial verlaufenden Sackbohrung 5 versehen, in der ein Mittel 6 angeordnet ist und an die sich an einer freien Stirnfläche 7 des Schraubenbolzens 1 ein Meßstück 8 anschließt. Dieses Meßstück 8 ist in die freie Stirnfläche 7 eingeschraubt, besteht aus einem durchsichtigen Kunststoff und hat in seinem Inneren eine feine Kapillarbohrung 9. Weiterhin ist das Meßstück 8 an seiner Oberfläche mit einer oberen Markierung 10 für den spannungsfreien Zustand und einer unteren Markierung 11 für die Endspannung der Schraubverbindung versehen. Das in der Sackbohrung 5 bzw. im Meßstück 8 vcrhandene Mittel 6 ist entweder eine Flüssigkeit 6a oder ein Meßstab 6b.In the figures 1 to 4, as far as shown, 1 is a screw bolt which is used to brace components 3 and 4 by means of a nut 2. The screw bolt 1 is provided with a coaxially extending blind hole 5, in which a means 6 is arranged and to which a free end face 7 of the screw bolt 1, a measuring piece 8 connects. This measuring piece 8 is in the free Screwed end face 7, consists of a transparent plastic and has in its interior a fine capillary bore 9. Furthermore, the measuring piece 8 is on its surface with an upper marking 10 for the tension-free state and a lower mark 11 for the final tension of the screw connection. The means 6 present in the blind bore 5 or in the measuring piece 8 is either one Liquid 6a or a dipstick 6b.

Wie weiterhin aus der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, bei der in der Sackbohrung 5 Flüssigkeit 6a angeordnet ist, hervorgeht, kann das Meßstück 8 als offenes Rohrstück ausgeführt sein, in dessen Kapillarbohrung 9 hinein eine bestimmte spannungsabhängige Flüssigkeitsmenge verdrängt wird. Ähnliches gilt für die Fig. 3 und 4, bei denen das als Meßstück 8 dienende Rohrstück schraubenförmig gewunden ist und an seinem Ende eine mit einem komprimierbaren Gas gefüllte Blase 12 hat.As also from the embodiment shown in FIG which is arranged in the blind bore 5 liquid 6a emerges, the measuring piece 8 be designed as an open piece of pipe, in the capillary bore 9 into a certain voltage-dependent amount of liquid is displaced. The same applies to 3 and 4, in which the piece of pipe serving as measuring piece 8 is helical is wound and at its end a bladder filled with a compressible gas 12 has.

Eine weitere Ausführungsform des Mittels 6 und des Meßstükkes 8 ist in der Fig. 2 dargestellt. Dabei ist die spannungsabhängige Längenänderung des Schraubenbolzens 1 über den Meßstab 6b und eine Membran 13 anzeigbar. Die Membran 13 liegt einerseits auf dem Ende des Meßstabes 6b auf und schließt andererseits eine in der Kapillarbohrung 9 angeordnete Flüssigkeit, die unter dem Druck des in der Blase 12 angeordneten Gases steht, ein. Eine axiale Verschiebung des Meßstabes 6b wird demnach von der Membran 13 in eine Verschiebung der Flüssigkeitssäule in der Kapillarbohrung 9 umgewandelt.Another embodiment of the means 6 and the measuring piece 8 is shown in FIG. Here is the tension-dependent change in length of the screw bolt 1 can be displayed via the dipstick 6b and a membrane 13. The membrane 13 is on the one hand on the end of the dipstick 6b and on the other hand closes one in the capillary bore 9 arranged liquid, which is under the pressure of the arranged in the bladder 12 Gas is a. An axial displacement of the dipstick 6b is therefore of the Membrane 13 converted into a displacement of the liquid column in the capillary bore 9.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung dient die spannungsabhängige Längenänderung des Schrauben bolzens 1 zur Anzeige der Schraubenspannung im Meßstück 8.In all illustrated embodiments of the device is used Voltage-dependent change in length of screw bolt 1 to display the screw tension in the measuring piece 8.

Vor dem Anzug der Mutter 2 wird der Flüssigkeitsstand in der Kapillarbohrung 9 durch Hinein- oder Herausschrauben des Meßstückes 8 auf die obere Markierung 10 eingestellt.Before the nut 2 is tightened, the liquid level in the capillary bore is checked 9 by screwing the measuring piece 8 in or out on the upper marking 10 set.

Beim Anzug der Mutter 2 bis zur vorgeschriebenen Endspannung muß die Flüssigkeitssäule in der Kapillarbohrung 9 sodann bis zur unteren Markierung 11 absinken. Mit der Vorrichtung kann ohne die Verwendung von Präzisionsmeßinstrumenten und ohne spezielle Kenntnisse in Meßtechnik stets die richtige Schraubenspannung beim Anzug erzielt werden, und es kann beispielsweise an einer Brennkraftmaschine während der Betriebszeit durch Ablesen des Flüssigkeitsstands im Meßstück 8 die Spannkraft überwacht werden.When tightening nut 2 up to the prescribed final tension, the Liquid column in the capillary bore 9 then up to the lower marking 11 sink. The device can be used without the use of precision measuring instruments and always the correct screw tension without special knowledge of measurement technology can be achieved in the suit, and it can, for example, on an internal combustion engine during the operating time by reading the liquid level in the measuring piece 8 the Clamping force can be monitored.

Die einfache Art: der Durchführung der Kontrolle schließt praktisch jede Fehlermöglichkeit aus, weil die Beurteilung der Spannkraft direkt aus der der Schraubverbindung aufgeprägten Spannkraft abgeleitet wird.The simple way: performing the control practically closes every possibility of error, because the assessment of the clamping force directly from the Screw connection imposed clamping force is derived.

LerseiteLearner side

Claims

Claims device for monitoring the clamping force of a for bracing components serving screw or a screw bolt, thereby characterized in that the shaft of the screw or

of the screw bolt (1) a coaxially running blind hole (5) has to which on the free face (7) of the screw or the screw bolt (1) a measuring piece (8) attached, and that in the blind hole (5) a change in length the screw on the measuring piece (8) transmitting means (6) is arranged.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means (6) is a liquid with which one corresponds to the length of the screw Volume change in the blind bore (5) in the measuring piece (8) can be displayed.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the measuring piece (8) made of a transparent plastic and sealing is inserted into the blind hole (5).

4. Device according to one of claims 1 or 3, characterized in that that the means (6) is a dipstick which rests against the bottom of the blind hole (5) and with the free end at the side in operative connection with the measuring piece (8).

5. Device according to one of claims 1 or 4, characterized in that that the measuring piece (8) has a membrane (13) at the end adjacent to the measuring stick, which includes a column of liquid under gas pressure.