DE2939096A1

DE2939096A1 - Anordnung zur messung und ueberpruefung der spannkraft einer schraubenverbindung

Info

Publication number: DE2939096A1
Application number: DE19792939096
Authority: DE
Inventors: Jes-Ernst 5042 Erftstadt Carstensen; Hermann Dipl.-Ing. Mettig; Walter Dipl.-Ing. 5000 Köln Nau
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1979-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1981-04-16

Description

Anordnung zur Messung und Überprüfung der Spannkraft einer
Schraubenverbindung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung und Überwachung der Spannkraft einer Schraubenverbindung mit einer Meßvorrichtung.
Es ist allgemein bekannt, beim Anziehen einer Schraubenverbindung das aufgewandte Anzugsmoment zur Bestimmung der Schraubenspannkraft heranzuziehen. Das Anzugsmoment wird jedoch zusätzlich beeinflußt durch den Zustand des Schraubengewindes, der Auflagefläche des Schraubenkopfes bzw. der Mutter und ggf. der Schmierverhältnisse, was zu Ungenauigkeiten führt. Zusätzlich ist ein Drehmomentschlüssel als Meßvorrichtung erforderlich.
Es ist auch bekannt, die Spannkraft durch eine hydraulische Spannvorrichtung aufzubringen oder auch eine Längenveränderun der Schraube, z.B. durch Erwärmung, vorzunehmen, wobei auch in diesen Fällen eine anschließende Überprüfung der Spannkraft wünschenswert ist, um Fehler an der hydraulischen Spannvorrichtung und dgl. feststellen zu können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, mit der die Schraubenspannkraft direkt meßbar bzw.
überprüfbar ist, wobei keine Werkzeuge oder sonstige Hilfsmittel erforderlich sein sollen. Darüberhinaus soll die Schraubenspannkraft möglichst genau ohne Einschaltung von Fehlern meßbar sein. Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, das zwischen dem Schraubenkopf bzw. der Mutter und dem Maschinenteil oder in den der Schraubenverbindung zugewandten Endbereichen der Mutter oder des Schraubenkopfes bzw. im Maschinenteil ein Druckmeßglied vorgesehen ist, dessen Verformung als Maß für die Spannkraft der Schraubenverbindungen dient. Dabei kann es sich um eine axiale oder eine radiale Verformung des Druckmeßgliedes handeln, wobei infolgedessen auch verschiedene Messungen möglich sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Meßglied scheibenförmig ausgebildet und am Umfang von einem Teil geringerer Elastizität umgeben ist, wobei der Einfluß der radialen Verformung das Meßgliedes auf das Teil geringerer Elastizität als Maß für die Spannkraft dient. Dabei kann das Teil geringerer Elastizität ein Keramikring sein, der ab einer vorgegebenen Aufweitung der Meßscheibe gesprengt wird. Zum besseren Festhalten des Keramikrings kann dieser in einer Umfangsnut eingesetzt sein. Wenn die radiale Aufweitung der Meßscheibe im Elastizitätsbereich liegt, kann zur Wiederverwendung der Scheibe der Keramikring auch von Beilagen gehalten sein, so daß bei dieser Benutzung lediglich ein neuer Keramikring zwischen die Beilagen gelegt zu werden braucht. Anstelle des Keramikrings kann die Meßscheibe auch eine Lackschicht aufweisen, die ab einer bestimmten Aufweitung ebenfalls abplatzt oder ihre Farbe ändert, so daß dadurch die Spannkraft ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Meßglied ebenfalls scheibenförmig ausgebildet sein und im wesentlichen radial verlaufende Öffnungen haben, in denen Meßkörper eingesetzt sind, deren Verdrängung aus den Öffnungen als Maß für die Spannkraft dient. ei den Öffnungen kann es sich cabei um einfache Sackbohrungen handeln, wobei diese beispielsweise durch kleine Kunststoffkörper ausgefüllt sind. Die Nekörper weisen vorzugsweise senkrecht zu den Öffnungen verlaufende Farbkennzeichnungen auf, so daß anhand der aus den Öffnungen herausgetretenen Farbstreifen das Maß der Spannkraft ermittelt werden kann. Durch eine vorgeschlagene, entlang der Umfangfläche verlaufende Feder können die Meßkörper einer gewissen Vorspannung unterliegen, so daß diese nach Wegnahme der Schraubenkraft wieder in ihre Ursprungslage zurückgeschoben werden, falls es sich um eine elastische Verformung handelt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Meßglied aus vorzugsweise zwei Scheiben besteht, die gegeneinander gerichtete parallele Konusflächen aufweisen und daß die Verschiebung entlang der Konusflächen als Maß für die Spannkraft der Schraubenverbindung dient. Dabei wird vorzugsweise daß Maß des Einschiebens des einen Konusses bzw. das Überschieben des ande-en Konusses als Maß für die Spannkraft der Schre.ubenverbindung herangezogen. Dies kann einmal dadurch erfolgen, daß der Auflagenabstand zwischen den beiden Endflächen der Scheiben als Maß für die Spannkraft benutzt wird oder aber daß das Maß der radialen Aufweitung der einen Scheibe einen entsprechenden Hinweis auf die Spannkraft der Schraubenverbindung gibt.
Es sei darauf hingewiesen, daß in diesen Zusammenhang, d.h. für die radiale Aufweitung der einen Scheibe alle bisher beschriebenen Mittel für die Meßscheibe benutzt werden können. Zusätzlich kann hier das Ineinanderschieben des Konusse als Maß für die Spannkraft der Schraubenverbindung benutzt werden, wobei zumindest ein Konus z.B. ringförmige Markierungen aufweist, die als Maß für die Schraubenspannkraft dienen. In vorteilhafter Weise weist eine Konusfläche zumindest eine Nut auf, wodurch die Markierungen besser sichtbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Meßglied scheibenförmig ausgebildet ist und radiale Ausnehmungen zur Aufnahme von Meßlehren aufweist, wobei das Spaltmaß der Ausnehmungen als Maß für die Schraubenspannkraft dient. In diesem Fall muß zwar eine Meßlehre zu Hilfe genommen werden, dafür ist jedoch das scheibenförmige Meßglied besonders einfach ausgebildet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Schraubenverbindung mit einem Schraubenende, einer Mutter und zu verspannende Maschinenteile, wobei das Meßglied als Meßscheibe mit Keramikring ausgebildet ist und zwischen Mutter und Maschinenteil angeordnet ist.
Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine Schraubenverbindung, wobei auf beiden Seiten der Meßscheibe Beilagen vorgesehen sind, die eine Axialverschiebung des Keramikrings verhindern.
Fig. 3 eine Schraubenverbindung gemäß Fig. 1, bei der die Meßscheibe radiale Öffnungen aufweist, in denen Meßkörper eingesetzt sind, wobei der Meßkörper auf der linken Bildhälfte zylindrisch und der auf der rechten Bildhälfte konisch ausgeführt ist und der zylindrische Meß körper durch ein Umfanfgsfgder radial vorgespannt ist, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schraubenverbindung gemäß Fig. 1, wobei als Meßglied jedoch zwei Scheiben mit gegeneinander gerichten parallelen Konusflächen vorge sehen si:, Fig. 5 einen Schnitt durch die beiden Scheiben gemäß der Linie V - V in Fig,4, Fig. 6 einen Schnitt parallel zur Längsachse der Schraubenverbindung durch ein Meßglied mit radialen Ausnehmungen und Fig. 7 einen Schnitt durch des Meßglied nach Fig, 6 gemäß der Linie VII - VII in Fig. 6.
In den Fig. 1 - 4 ist, soweit es sich um gleiche Teile handelt, mit 1 eine Schraube bezieht, auf deren Gewinde eine Mutter 2 angeordnet ist. Die Schruabenverbindung dient zum Befestigen beliebiger, in einezelnen nicht weiter auseführter Maschinenteile 3 und 4. Zwischen der Mutter und dem nächstliegenden Maschinenteil 3 sind verschiedenartige allgemeine mt 5 bezeichnete Meßgleider vorgesehen, die verschiedenartig ausgebildet sind.
Das Meßglied 5 gemäß Fig. 1 ist als Meßscheibe 6 ausgeführt, in deren Umfangsnut ein Keramikring 7 angeordnet ist, Die Dehnunder Meßscheibe in Verbindung mit der Elastizität des Keramikrings ist so aufeinander abgestimmt, daß bei Erreichen der richtigen Spannkraft der Schraubenverbindung der Keramikring aufplatzt und damit andeutet, daß die Spannkraft erreicht ist.
Das Meßglied 5 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich dadurch, daß neben der mit 6a bezeichneten Meßscheibe Beilagen 8 vorgesehen sind, die die Meßscheibe 6a radial überragen und dadurch einen am Umfang der Meßscheibe 6a angeordneten Keramikring 7a halten.
Dadurch ist es möglich, je nach @ahl des Materials der Meßscheibe, die eine solche Festigkeit aufweisen sollte, daß die Verformung im elastischen Bereich liegt, auf die gleiche Meßscheibe bei der nächsten Benutzung einen neuen Keramikring zu stecken, so daß die Meßscheibe beliebig oft wiederbenutzt werden kann.
Anstelle der Keramikringe kann die Meßscheibe auch eine Lackschicht aufweisen, die ebenfalls aufplatzt oder ihre Farbe ändert, so daß anhand der geeichten Farbe die Spannkraft der Schraubenverbindung ebenfalls abgelesen werden kann.
Das Meßglied 5 gemäß Fig. 3 ist als Meßscheibe 6b ausgeführt, die radiale Öffnungen bzw. Sackbohrungen aufweist, in denen Meßkörper 9 eingesetzt sind. Der Meßkörper 9 auf der linken Hälfte ist zylindrisch, der Meßkörper auf der rechten Hälfte ist konisch ausgebildet. Durch die Verformung der Meßscheibe 6b werden die Meßkörper 9 aus ihren Bohrungen verdrängt, so daß das Maß des Herausdrängens der Meßkörper für die Schraubenspannkraft dient. Zu diesem Zweck weisen die Meßkörper senkrecht zu ihrer Längsachse abgestufte Kennzeichnungen, z.B.
Farbkennzeichnungen, auf, so daß an der jeweilig herausgetretenen Farbe das Maß der Schraubenspannkraft abgelesen werden kann. Die Meßkörper sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Wie der linken Bildhälfte entnommen werden kann, können die Meßkörper 9 durch eine Feder 10 radial vorgespannt sein, so daß bei einer elastischen Verformung der Meßscheibe 6b nach Lösen der Schraubenverbindung die Feder die Meßkörper wieder in ihre Ursprungslage zurückverschiebt.
Die Meßscheibe 6b kann zum leichteren Einlagen der Meßkörper 9 auch, wie auf der linken Bildhälfte angedeutet, aus zwei Schiebenhälften bestehen, zwischen denen die Meßkörper eingesetzt sind.
Das Meßglied 5 nach den Fig. 4 und 5 besteht aus zwei Scheiben 11, die einander zugewandte Konusflächen 13 haben, wobei die Verschiebung der Konusflächen 13 zueinander als Maß für die Schraubenspannkraft dient. Zum leichteren erkennen der Markeirungen, insbesondere von Farbkennzeichnungen, weist die äuß-Scheibe 11, wie insbesondere Fig. 5 zu entnehmen ist, drei Nuten 14 im Bereich der Konusfläche 13 auf, so daß in diesem Bereich der Konus der Innenscheibe nicht verletzt wird und ein leichtes Ablesen der Kennzeichnungen möglich ist.
Das Meßgleid 5 gemäß den Fig, 6 und 7 ist als Meßscheibe 6c ausgebildet und weist radial eingearbeitete Ausnehmungen 12 auf, deren Spaltmaß mit Meßlehren abgegriffen werden kann, so daß die Spaltmeßverringerung als Maß für die Schraubenspannkraft dient.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung zur Messung und Überprüfung der Spannkraft einer Schraubenverbindung mit einer Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schraubenkopf bzw. der Mutter (2) und dem Maschinenteil (3) oder in dem der Schraubenverbindung zugewandten Endbereich der Mutter (2) oder des Schraubenkopfes bzw. im Maschinenteil (3) bzw. (4) ein Druckmeßglied (3) vorgesehen ist, dessen Verformung als Maß für die Spannkraft der Schraubenverbindung dient.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (5) scheibenförmig ausgebildet und am Umfang von einem Teil geringerer Elastizität umgeben ist, wobei der Einfluß der radialen Verformung des Meßgliedes (5) auf das Teil geringerer Elastizität als Meß für die Spannkraft dient.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil geringerer Elastizität ein Keramikring (7 bzw. 7a) ist, der ab einer vorgegebenen radialen Aufweitung gesprengt wird.
4. Anordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (7) in einer Umfangnut der Meßscheibe (6) eingesetzt i t.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (7a) an Umfang der Meßscheibe (6a) durch vorstehende Beilagen (S) gehalten ist.
6. Anordnung nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil geringerer Elastizität als Lackschicht bzw. Lackring ausgeführt ist, der in Abhängi keit der Zugspannung aufgrund der Aufweitung der Meßscheibe (6 bzw. 6a) reißt und/oder seine Farbe nert.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (5) scheibenförmig @ @ 2 (6b) ausgebildet ist und im wesentlichen radiale Öffnungen hat, in denen Meßkörper (9) eingesetzt sind, deren Verdrängung aus den Öffnungen als Maß für die Spannkraft dient.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkörper (9) senkrecht zu den Öffnungen verlaufende Kennzeichnungen aufweisen.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Meßkörper (9) durch eine entlang der Umfangsfläche der Meßscheibe (6b) verlaufende Feder (10) radial zum Scheibeninnern hin vorgespannt ist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (5) aus vorzugsweise zwei Scheiben (11) besteht, die gegeneinander gerichtete, parallele Konusflächen (13) aufweisen, und daß die Verschiebung entlang der Konusflächen (13) als Maß für die Spannkraft @@ Schraubenverbindung dient.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Konusfläche (13) zumindest eine Nut (14) eingearbeitet ist, die quer zur Konusrichtung Kennzeichnungen aufweist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (5) scheibenförmig (6c) ausgebildet ist und radiale Ausnehmungen (12) zur Aufnahme von Meßlehren aufweist, wobei das Spaltmaß der Ausnehmungen (12) als Maß für die Schraubenspannkraft dient.