DE3148730C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenlegscheibeneinheit mit mindestens zwei Scheiben und dazwischen angeordnetem Meßkörper, der eine geringere Härte als die Scheiben auf­ weist und mit den Scheiben zwischen Schraubenkopfmutter oder -kopf und Maschinenteil einspannbar ist.

Derartige Zwischenlegscheibeneinheiten werden einge­ setzt, um bei Anbringung von Schraubverbindungen eine aus­ reichende Vorspannung überprüfen zu können. Aufgrund der dabei bestehenden Probleme gibt es unterschiedliche Vor­ schläge, um die aufgebrachte Normalkraft möglichst optimal kontrollieren zu können. Bekannt ist eine Zwischenlegschei­ beneinheit (DE 29 39 096 A1), bei der ein vorzugsweise scheibenförmiger, mehrteiliger Meßkörper zwischen Schrauben­ mutter und Maschinenteil angeordnet ist. Der Meßkörper ist beispielsweise mit einer radialen Öffnung versehen, in die ein das Druckmeßglied umgebendes Teil geringerer Elastizität eingelegt ist. Bei auftretender radialer Ver­ formung des Druckmeßgliedes bzw. Meßkörpers wird das Teil geringerer Elastizität verformt oder zerstört, was als Maß für die aufgebrachte Spannkraft dient. Nachteilig bei diesen bekannten Zwischenlegscheibeneinheiten, die ähnlich auch aus US-Z: IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 17, No. 8, Jan. 1975, S. 2245, das die Herstellung derartiger Einheiten aufwendig und ihre Verwendung beispielsweise im untertägigen Bergbau schon wegen der ungenauen Aussage nicht möglich ist. Nachteilig ist darüber hinaus, daß nach einmaliger Zerstörung und Verformung des Meßkörpers eine Kontrolle der Spannkraft mit der gleichen Einheit nicht mehr möglich ist. Dies wird aber insbesondere beim unter­ tägigen Bergbau beim nachgiebigen Grubenausbau erforderlich, wenn dieser Aufgrund der auftretenden Gebirgsbewegungen bzw. des Gebirgsdruckes ineinandergeschoben worden ist. Gerade im untertägigen Bergbau ist eine genaue Messung der aufgebrachten Normalkraft besonders wichtig, weil davon das genaue Einschieben des Grubenausbaues bei auftretender Belastung des Gebirges abhängig ist. Aus der DE-OS 17 73 582 ist eine Zwischenlegscheibeneinheit bekannt, bei der zwischen der Mutter und einer unteren Scheibe eine elastische Zwischenlage oder Zwischenscheibe eingeschoben ist, in die sich bei Aufbringen der Normalkraft eine keil­ förmige Erhöhung der unteren Scheibe eindrückt, wodurch sich der Außendurchmesser der elastischen Zwischeneinlage vergrößert. Dieses Vergrößern des Außendurchmessers gilt als Maß für die aufgebrachte Normalkraft, wobei ähnlich wie beim übrigen Stand der Technik durch die Zwischenleg­ scheibeneinheit selbst nicht beeinflußbare Faktoren die Funktion der Zwischenlage mitbeeinflussen, so daß eine ausreichend genaue Aussage nicht möglich ist. Darüber hinaus können mit einer derartigen Einrichtung die im untertägigen Bergbau erforderlichen sehr hohen Werte der Vorspannung bzw. Normalkraft in der Regel nicht ermittelt und überwacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den Gegebenheiten anpaßbare, das Erreichen einer oder mehrerer auch sehr hoher Grenzen von Vorspannungen genau anzeigender Zwischenlegscheibeneinheiten zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßkörper von Kugeln gebildet ist, die einen unter­ schiedlichen Durchmesser aufweisen und/oder in unterschied­ liche Anzahl in eine elastische Zwischenlage eingebettet sind.

Bei einer derartigen Ausbildung der Zwischenlegschei­ beneinheit ist sichergestellt, daß die aufgebrachte Normal­ kraft genau ermittelt werden kann, weil so die Lastwegkurve einer derartigen Scheibeneinheit optimal beeinflußt und den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend eingestellt werden kann. Ergänzt wird dies durch die Variationsmöglichkeit, Scheiben und Kugeln unterschiedlichen Materials einzusetzen. Es ist beispielsweise denkbar, daß für die Scheiben ST37 verwendet wird, während als Kugeln Abfallkugeln der Kugel­ lagerindustrie verwendet werden. Dabei drücken sich die Kugeln in die begrenzenden Scheiben ein, während die elastische Zwischenlage lediglich die dabei erreichten Werte sichtbar macht. Die Zwischenlage besteht aus einem Kunststoff mit hoher Rückstellkraft und Dauerelastizität. Eine derartige Ausbildung der Zwischenlegscheibeneinheit hat darüber hinaus den Vorteil, daß die für die Wirksamkeit der Spannungsanzeige wichtigen Kugeln auch wirklich in ihrer vorgesehenen Endposition verbleiben und wirksam werden. Auch ist sichergestellt, daß sie nicht zwischen den beiden Scheiben nach außen wandern und ggf. verlorengehen. Eine derartige Scheibeneinheit kann gut transportiert und ohne weitere zusätzliche Meßeinheiten sofort zum Einsatz gebracht werden. Die Zwischenlage ist vorzugsweise als Ring aus feinstporigem Polyurethanschaum auf Polyätherbasis ausgebildet, da ein derartiger Kunststoff mit einer genau definierten Härte herstellbar ist und einen hohen Federwert aufweist. Vorteilhaft ist darüber hinaus, daß der eine hohe Flexibilität und günstige Rohdichte auf­ weisende Kunststoff frei von Schwefel und Weichmachern ist, so daß er günstige Alterungsbeständigkeit aufweist. Aufgrund dieser Eigenschaft sowie seiner Unempfindlichkeit gegen Wärme, Kälte und Feuchte ist er insbesondere auch für den Einsatz im untertägigen Bergbau bestens geeignet, zumal er gegen viele Chemikalien lösungsstabil ist. Der Kunststoff kann als feinstporiger Schaum oder auch massiv zum Einsatz kommen.

Zur Verdeutlichung der Grenzanzeige sind erfindungsge­ mäß zusätzlich zu den Kugeln mit Farbstoff gefüllte Mikro­ kapseln in die Zwischenlage eingebettet, wobei die Mikro­ kapseln eine vorgegebene Schwachstelle aufweisen. Beim Erreichen des vorgegebenen Anzugsmomentes bzw. der aufge­ brachten Kraft wird die Mikrokapsel zerstört und der darin enthaltene Farbstoff für den Beobachter sichtbar. Durch die Anordnung einer Schwachstelle wird das Zerstören der Mikrokapsel genau im vorgegebenen Moment abgesichert. Dabei ist es von Vorteil, die Mikrokapseln mit den Schwachstellen nach außen weisend anzuordnen, damit der enthaltene Farb­ stoff auch direkt nach außen dringt und leicht sichtbar wird.

Häufig ist es notwendig, zunächst eine Schraubverbin­ dung mit geringem Anzugmoment herzustellen, um nach Durch­ führung weiterer Vorbereitungsarbeiten dann durch Nach­ spannen erst die Endverbindung fertigzustellen. Um auch dabei jeweils die Grenzen bzw. das Erreichen der aufzu­ bringenden Kraft überprüfen zu können, ist nach einer Aus­ bildung der Erfindung vorgesehen, daß zweierlei Kapseln mit unterschiedlichen Farbstoffen gefüllt und mit unter­ schiedlich ausgebildeten Schwachstellen vorgesehen sind. Die Kapseln sind dabei so angebracht, daß die zuerst zu zerstörenden Mikrokapseln am Außenrand angeordnet sind, während die später zu zerstörenden Mikrokapseln mehr am Innenrand in die Kunststoffscheibe eingebettet angeordnet sind.

Das Austreten der Signalfarbe wird erleichtert und zielgerichtet an bestimmten Stellen konzentriert, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Mikrokapseln in radial in den Scheiben verlaufenden Austrittskanälen angeordnet oder ihnen zugeordnet sind.

Das Eindringen der Kugeln in die Scheiben kann dadurch beeinflußt werden und damit auch Einfluß auf die Lastweg­ kurve genommen werden, indem in den Scheiben die Kugeln teilweise aufnehmende und fixierende Vertiefungen ausge­ bildet sind. Diese Vertiefungen haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie die Kugel bzw. die Kugeln jeweils an einer vorgegebenen Stellen fixieren, so daß die drei oder mehr Kugeln jeweils im gleichen Radius positioniert sind und damit ein gleichmäßiges Aufbringen bzw. Weiterleiten der Spannkraft gesichert ist. Die Zahl der Vertiefungen ent­ spricht zweckmäßigerweise der Zahl der maximal einsetzbaren Kugeln. Die Anzahl der Kugeln kann dabei dem jeweiligen Einsatzfall entsprechend gewählt werden, ohne daß weitere Maßnahmen erforderlich würden.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß drei Scheiben mit Zwischenlage vorgesehen sind, wobei die mittlere Scheibe eine Federstahlscheibe ist. Auch auf diese Weise ist eine Folgeanzeige möglich, je nachdem, wie die Scheiben und die Zwischenlagen ausgebildet werden, wodurch die Vielseitigkeit der Erfindung weiter erhöht wird. Eine Anpassung an die Gegebenheiten ist auch dadurch möglich, daß die Kugeln jeweils lagenweise auf Lücke gelegt sind, wodurch die Menge der zum Einsatz kommenden Kugeln den Einsatzbedingungen noch weitergehend angepaßt werden kann.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine einfach zu handhabende, leicht zu kontrollierende und konstruktiv sehr einfache Spannungsanzeige geschaffen ist. Durch relativ einfache Maßnahmen, d. h. durch die Wahl der Anzahl und des Durchmessers sowie auch des Materials der Scheiben und der Kugeln kann die Lastwegkurve in weiten Grenzen beeinflußt werden. Die Kontrolle ist insbesondere bei Verwendung eines Federstahlringes einfach, wobei der Federstahlring in vorteilhafter Weise darüber hinaus einen Lastabfall anzeigt bzw. kontrollierbar macht. Schließlich ist eine genaue Fixierung und Anordnung der Kugeln an vorge­ gebenen Stellen bzw. Radien sichergestellt und durch die Vertiefungen zusätzlich eine weitere Möglichkeit der Beein­ flussungen der Lastwegkurve gegeben. Bei der Ausbildung einer Dreischeibeneinheit mit mittlerer Scheibe aus Feder­ stahl kann die Rückstellkraft gesichert werden, weil die mittlere Scheibe sich wellen und anschließend zurückstellen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine zwischen Schraubenmutter und Maschinenteil eingespannte Zwischenlegscheibeneinheit,

Fig. 2 eine der beiden Scheiben in Draufsicht,

Fig. 3 eine Zwischenlegscheibeneinheit im Schnitt vor dem Einbau,

Fig. 4 eine Zwischenlegscheibeneinheit im Schnitt nach dem Einbau,

Fig. 5 eine Zwischenlegscheibeneinheit nach dem Einbau in Draufsicht,

Fig. 6 eine Scheibe in Draufsicht,

Fig. 7 eine andere Scheibe in Draufsicht und

Fig. 8 eine Zwischenlegscheibeneinheit im Schnitt mit eingelegten Farb­ kapseln.

Fig. 9, 10 Dreischeibeneinheit Fig. 1 zeigt eine Scheibeneinheit 1, die aus den beiden Scheiben 3 und 4 und der Zwischenlage 9 besteht und zwischen der Schraubenmutter 5 und dem Maschinen­ teil 7 eingespannt ist. Über die auf dem in den Schaft 6 eingeschnittenen Gewinde 8 drehbaren Schraubenmutter 5 wird mit Hilfe eines Schlüssels oder eines Schraubge­ rätes die notwendige Kraft aufgebracht, so daß das zweiteilige Maschinenteil 7, 7′ aufeinandergepreßt wird.

In die Zwischenlage 9 eingebettet sind verschiedene Kugeln 10, 11. Bei diesen Kugeln handelt es sich bei­ spielsweise um Abfallkugeln aus der Kugellagerherstellung, so daß diese zu einem relativ günstigen Preis beschafft werden können. Die Herstellung einer entsprechenden Scheibeneinheit ist daher kostengünstig, zumal für die Scheiben 3, 4 beispielsweise ST 37 verwendet werden kann. Die aus Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan-Schaum auf Polyätherbasis bestehende Zwischenlage 9 bettet die Kugeln 10, 11 so ein, daß sie jeweils genau an der Stelle positioniert sind, wo eine Weitergabe der auf­ gebrachten Kräfte am günstigsten ist.

Fig. 2 zeigt eine einzelne Scheibe 3 in Draufsicht. In dieser Scheibe sind verschiedene Vertiefungen 12, 13 eingebracht, in die die hier nicht dargestellten Kugeln 10, 11 eingelegt werden. Die Vertiefungen 12, 13 können auch dann ihre vorgegebene Aufgabe wahrnehmen, wenn die Kugeln 10, 11 in die Zwischenlage 9 einge­ bettet sind.

Fig. 3 zeigt eine Scheibeneinheit 1 vor oder während des Einbaues, während Fig. 4 die gleiche Scheibeneinheit 1 nach Aufbringen der vorgesehenen Normalkraft zeigt. Da­ bei ist um die Zwischenlage 9 ein Federstahlring 15 gelegt, dessen Enden sich überlappen und der bei der in Fig. 4 angedeuteten Position verdeutlicht, daß die Zwischenlage 9 entsprechend weit ausgewandert und damit die vorgesehene Kraft eingebracht ist. Die Kugeln haben sich dabei wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist zum Teil in die beiden Scheiben 3, 4 eingedrückt. Die beiden Scheiben 3, 4 sind in der Regel aus dem gleichen Material hergestellt, was aber nicht zwangsweise notwendig ist. Vielmehr können die Scheiben auch aus unterschiedlichem Material hergestellt sein, so daß sich die Kugeln beispielsweise zunächst in weit größerem Maße in die eine der beiden Scheiben eindrücken, ehe sie in die andere Scheibe einwandern können. Fig. 5 zeigt die Scheibeneinheit 1 nach Fig. 4 in Draufsicht. Es wird deutlich, daß die Zwischenlage 9 mit dem aufgesetzten Federstahlring 15 entsprechend weit ausgewandert ist.

Fig. 6 zeigt eine Variante einer Scheibe 3 bzw. 4, wobei diese mit Austrittskanälen 16 versehen ist, um beispielsweise das Austreten eines Farbstoffes an vorgegebenen Stellen zu erleichtern. Derartige Farb­ stoffe werden wie Fig. 8 zeigt, in Kapseln in der aus Kunststoff bestehenden Zwischenlage 9 vorgehalten und bei Aufbringen einer entsprechend hohen Kraft zer­ stört. Der Farbstoff rinnt dann durch den Austritts­ kanal 16 nach außen und verdeutlicht, daß die not­ wendige Spannkraft aufgebracht ist und die Schraub­ verbindung somit ihre vorgegebene Funktion wahrnehmen kann.

Fig. 7 zeigt eine Scheibe 3 bzw. 4, die neben den üblichen Vertiefungen 12, 13 noch zur Reserve weitere Vertiefungen 18, 19 aufweist. In diese Vertiefungen 18, 19 können je nach Bedarf weitere Kugeln eingelegt werden, so daß je nach Einsatzfalle und Notwendigkeit beispielsweise vier, acht, zwölf oder auch eine andere Anzahl von Kugeln bei einer und der gleichen Scheiben­ einheit Verwendung finden kann. Selbst bei Einsatz von zwölf Kugeln, d. h. also Ausnutzung aller Ver­ tiefungen 12, 13, 18, 19 können immer noch in den Zwischenräumen ausreichend viele Mikrokapseln 20 bzw. 21 angeordnet werden. Diese Mikrokapseln 20 bzw. 21 können unterschiedliche Durchmesser, unterschiedliche Farben und unterschiedlich ausgebildete Schwachstellen auf­ weisen, so daß es auch damit möglich ist, das Erreichen verschiedener Positionen und Spannkraftgrenzen sichtbar zu machen.

Fig. 9 zeigt eine Dreischeibeneinheit, bei der zwischen den Scheiben 3, 4 noch eine zusätzliche zwischengelegte Scheibe 24 aus Federstahl vorgesehen ist. Jeweils zwischen den Scheiben 3, 24 bzw. 24, 4 sind die üblichen Zwischenlagen 9, 25 mit den Kugeln ange­ ordnet. Diese Kugeln sind,wie in Fig. 10 angedeutet wird, jeweils auf Lücke gelegt, so daß sich die Scheibe 24 bei Aufbringung von Kräften wellen muß und zwar jeweils zwischen den Kugeln 10, 10′ bzw. 11, 11′. Auf diese Weise erhält die gesamte Einrichtung eine hohe Rückstell­ kraft. Neben dieser Ausbildung der Erfindung ist es des weiteren auch möglich, auf die Zwischenlagen 9, 25 zu verzichten und die beschriebene Federstahlscheibe 24 als Zwischenlage mit hoher Rückstellkraft zu ver­ wenden. Dabei wäre die Wellenhöhe beispielsweise ein Maß für die aufgebrachten Kräfte.

Claims (8)

1. Zwischenlegscheibeneinheit mit mindestens zwei Scheiben und dazwischen angeordnetem Meßkörper, der eine geringere Härte als die Scheiben aufweist und mit den Scheiben zwischen Schraubenmutter oder -kopf und Maschinen­ teil einspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper von Kugeln (10, 11) gebildet ist, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen und/oder in unterschiedlicher Anzahl in eine elastische Zwischenlage (9) eingebettet sind.

2. Scheibeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in die Zwischenlage (9) mit Farbstoff ge­ füllte Mikrokapseln (20) eingebettet sind, die eine vorge­ gebene Schwachstelle aufweisen.

3. Scheibeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln (20) mit den Schwachstellen nach außen weisend angeordnet sind.

4. Scheibeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zweierlei Kapseln (20, 21) mit unterschiedlichen Farb­ stoffen gefüllt und mit unterschiedlich ausgebildeten Schwachstellen vorgesehen sind.

5. Scheibeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln (20, 21) in radial in den Scheiben (3, 4) verlaufenden Austrittskanälen (16) angeordnet oder ihnen zugeordnet sind.

6. Scheibeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Scheiben (3, 4) die Kugeln (10, 11) teilweise aufnehmende und fixierende Vertiefungen (12, 13) ausgebildet sind.

7. Scheibeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Scheiben (4, 5, 24) mit Zwischenlage (9, 25) vorge­ sehen sind, wobei die mittlere Scheibe (24) eine Federstahl­ scheibe ist.

8. Scheibeneinheit nach Anspruch 1 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (10, 10′, 11, 11′) jeweils lagenweise auf Lücke gelegt sind.