DE4445389A1

DE4445389A1 - Spannscheibe mit einstellbarer Vorspannung für dynamische Schraubenverbindungen und Firstanker für den Berg- und Tunnelbau

Info

Publication number: DE4445389A1
Application number: DE4445389A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Berwald; Dithmar Berwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-25
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1995-09-14
Also published as: DE4413595A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannscheibe für Schrauben- und Ankerverbindungen mit einer Einrichtung für die optische Anzeige der Schraubenvorspannung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die nach Erreichen der einstellbaren erforder lichen Vorspannung in der Schrauben- oder Ankerverbindung als starre Einheit, dann alle eingeleiteten Kräfte bis zur Bruchlast, ohne Nachgiebigkeit wie eine Unterlegscheibe aufnimmt.

Derartige Spannscheiben sind bekannt aus den Patenten bzw. den Offenlegungsschriften:
DE 0 51 773 583, DE 31 48 720 C2, DE 4 37 059 C1, DE 43 24 878 A1, DE 43 30 249 A1
und den Anmeldungen:
P 44 13 595.5, P 44 16 766.0, P 44 20 240.7, P 44 21 450.2, P 44 28 721.6, P 44 28 894.8, P 44 29 361.5, P 44 33 688.8

Bei den Spannscheiben nach den aufgeführten Schriften werden zur Ermittelung der Spannkräfte von Schraubenverbindungen, zum Teil radial oder axial angeordnete Druckmeßglieder, Stauchkörper oder Stauchhülsen und Kugeln oder Zylinder als Verdrängungskörper in kleineren Bohrungen oder zwischen zwei Hülsen eingesetzt. Diese weisen jedoch bei ein und mehr stufigen Spannscheiben eine nicht gleichmäßige lineare Kraft- Wegkurve in einem Prüfdiagramm auf. Damit wird der geforderte, gleichmäßige Spannungsaufbau in der Schraube, der sich proportional zum Stauchweg verhalten muß, nicht erreicht. Gleichzeitig tritt bei der Verdrängungsarbeit der Kugeln in den Bohrungen der Lochscheiben oder zwischen den Hülsen eine Kaltverschweißung ein, wodurch ein nicht mehr kontrollierbarer, sondern ein zufälliger Spannungsaufbau mit großen Toleranzen in der Schraubenverbindung stattfindet.

Die hier gezeigte Spannscheibe hat wenigstens eine Biege scheibe und ein Spannelement, mit dem durch die Biegung des eingespannten Spannelementes über die Mutter die gewünschte Zugspannung in der Schrauben- oder Ankerverbindung übertra gen wird. Mit der Auslegung von Abmessungen und Material der Spannelemente wird eine eindeutige Größe der erforder lichen Vorspannung mit zu vernachlässigenden Toleranzen in Verbindung mit der Anzahl der radial auf der Biegescheibe angeordneten Spannocken vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannscheibe derart auszubilden, die eine eindeutige und einfach sicht bare Anzeige des Spannweges ermöglicht, und über eine gewählte Anzahl von Spannelementen als Module die erfor derliche Größe der Vorspannung für eine Schrauben- oder Ankerverbindung, über den Stauchweg angezeigt wird. Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. beschrieben. Bei der hier aufgezeigten Ausführung dieser Spannscheibe sind keine Bandagen, Töpfe oder Hülsen, aus Kunst- oder Schaumstoff, für die optische Anzeige der Funktion und des Stauchweges erforderlich, was besonders bei dem Einsatz in feuergefährlichen, explosionsgefährdeten und untertägigen Räumen von großer Bedeutung ist. Es ent fallen alle losen Stauchkörper als Kugel oder Zylinder, durch die Ausgestaltung der Biegescheiben mit den Spann nocken. Mit der Anordnung von Spannhülsen, als Verbin dungselemente der Biegescheiben am äußeren Durchmesser der Biegescheiben, bietet sich in Tunnel- und Bergbaubetrieben, eine weitere Tast- und Sichtkontrolle der erreichten Vor spannung durch die bündig mit der oberen Biegescheibe ab schließenden Spannhülsen an bzw. durch das Austreten der Spannhülsen um das Maß des Spannhubes, wenn diese im unverspanntem Zustand der Spannscheibe bündig eingebaut werden. Das ist von besonderer Bedeutung wenn die Spann scheibe gegen Staub und aggressive Wässer z. B. im Tunnelbau, mit einer Manschette, ähnlich DE 43 30 249 A1 abgedichtet wird und dadurch ihre Funktion behält und nicht zwischen den Spannscheiben verkrusten kann.

Die Verbindung der Biegescheiben mit den Spannmodulen zu einer montagefreundlichen Einheit als Spannscheibe wird mit Verbindungselementen, wie bereits unter P 44 13 595.5 ein gehend beschrieben, ausgeführt und ist in dieser Beschrei bung wie auch die Darstellung einer Spannscheibe mit einer zur Durchgangsbohrung liegender Anordnung von Spannhülsen als Verbindungselemente nicht weiter erfindermäßig dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt und Ansicht der Ausführung einer einstu figen Spannscheibe mit zwei Biegescheiben an denen durch die Gesenkausführung die Spannocken mit waagerechter Biegekante ausgebildet sind und durch das Anziehen der Mutter das Spannelement auf Biegung belastet und damit eine kontrol lierte, gleichmäßig aufbauende Spannung in der Schrauben- oder Ankerverbindung sicherstellt.

Fig. 2 Schnitt und Ansicht der Ausführung einer einstufigen Spannscheibe mit zwei Biegescheiben an denen durch die Gesenkausführung die Span nocken in konischer Ausführung ausgebildet sind.

Fig. 3 den waagerechten Schnitt A-A durch die Spann scheibe der Fig. 1 mit der Anordnung der in dieser Ausführung um 120 Grad versetzten Bohr ungen für die Aufnahme der Spannhülsen.

Fig. 4 den Schnitt B-B durch die Fig. 3 mit der Spann nocke und gerader Biegekante.

Fig. 5 die äußere Ansicht A, der Spannscheibe nach Fig. 1 aus der Fig. 4.

Fig. 6 die innere Ansicht B, der Spannscheibe nach Fig. 1 aus der Fig. 4.

Fig. 7 den waagerechten Schnitt C-C durch die Spann scheibe der Fig. 2 mit der Anordnung der in dieser Ausführung um 120 Grad versetzten Bohrungen für die Aufnahme der Spannhülsen.

Fig. 8 den Schnitt D-D durch die Fig. 7 mit der Span nocke und konischer Biegekante.

Fig. 9 die äußere Ansicht C, der Spannscheibe nach Fig. 2 aus der Fig. 8.

Fig. 10 die innere Ansicht D, der Spannscheibe nach Fig. 2 aus der Fig. 8.

Fig. 11 Schnitt und Ansicht einer zweistufigen Spann scheibe mit modulartig aufgebauten Spannelementen für den Anwendungsbereich eines Firstankers im Berg- und Tunnelbau.

Fig. 12 den waagerechten Schnitt E-E und die Ansicht E der zweistufigen Spannscheibe nach Fig. 11.

Die Spannscheibe liegt auf der Schraubenauflage 2 eines Maschinenteiles 3 auf und wird mit dem Schaft einer Schraube 4 oder einem Gebirgsanker 25 durchdrungen. Mit der Mutter 5 wird die Schraube 4 oder der Gebirgsanker 25 verspannt. Die Spannscheibe 1, 1a oder 19 besteht aus den Biegescheiben 6, 6a mit Spannocken 7 oder 7a die auf die Spannelemente 8, 8a oder 34 derart einwirken, daß in diesen durch das Anziehen der Mutter 5 eine Zugspannung entsteht die in die Schraubenverbindung bzw. in den Firstanker 25 kontrolliert übertragen wird. Dabei sind die Spannocken 8, 8a der Biegescheiben 6, 6a in der Biegeebene 16 um eine halbe Teilung versetzt so angeordnet, daß die von der Mutter 5 aufgebrachte Druckkraft als Zugspannung in die Spannelemente 8, 8a oder 34 umgesetzt wird, wie dieses in der Fig. 1, 2 und 11 zu erkennen ist.

Die linke Seite mit der Darstellung des Spannweges 12 der Fig. 1 und 2 zeigen die abgebildeten einstufigen Spann scheiben 1 und 1a, die Fig. 11 zeigt die zweistufige Spannscheibe 19 vor dem Aufbringen der Zugkraft durch die Mutter 5, die rechte Seite in den Figuren zeigt die Situa tion im verspannten Zustand, als starre Unterlegscheibe um auch die max. Bruchlast der Schraube aufzunehmen.

Den Querschnitt einer Spannscheibe 1, 1a und 19 zeigt die Fig. 3, 7 und 12 aus denen die um die halbe Teilung ver setzte Anordnung der Spannocken 7 und 7a mit den Biege scheiben 6 und 6a zu erkennen ist. Mit den Spannhülsen 13 in den Bohrungen 14 werden die Biegescheiben 7 und 7a zur Schraubenachse 9 und zur Ankerachse 23 festgelegt und zu einer starren Montageeinheit verbunden.

Bezugszeichenliste

1 Spannscheibe mit geraden Spannocken
1a Spannscheibe mit konischen Spannocken
2 Schraubenauflage
3 Maschinenteil
4 Schraube
5 Mutter
6 Biegescheibe mit geraden Spannocken
6a Biegescheibe mit konischen Spannocken
7 Spannocken gerade
7a Spannocken konisch
8 Spannelement, rechteckig
8a Spannelement, konisch
9 Schraubenachse
10 Anzeigekante
11 Anzeigekante
12 Spannweg
13 Spannhülse
14 Bohrung, Spannhülse
15 Oberseite
16 Biegeebene
17 Biegescheibe, doppelseitig
18 Durchgangsbohrung
19 Spannscheibe zum Firstanker
20 Druckscheibe mit Bund
21 Ankerplatte
22 Lagerplatte, ballig
23 Ankerachse
24 Vorsprung
25 Firstanker
26 Ankermutter
27 Ansicht, außen
28 Ansicht, innen
29 Ringbreite, Spannelement
30 Ansicht, außen
31 Ansicht, innen
32 Ebene, waagerecht
33 Äußerer Durchmesser konisches Spannelement
34 Spannelement, Modul
35 Spannelement, Oberkante
36 Abdichtungsmanschette
37 Spannhülse.

Claims

1. Spannscheibe für eine Schrauben- oder Ankerverbindung mit einer Einrichtung zum Anzeigen der erreichten Schraubenanzugskraft, bestehend aus den zwei Biege scheiben (6, 6a) mit den angeordneten Biegenocken (7, 7a) und der geforderten Schraubensanzugskraft radial zuge ordneten Spannelementen (8, 8a und 34) die bei Belastung, zwischen den Biegescheiben (6, 6a) und den Spannelementen (8, 8a oder 34) als Spannmodul in der Biegeebene (16) mit den Anzeigekanten (10 und 11), den Spannweg (12) anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Schraubenachse (9) angeordneten Spannelemente (8), härter sind als die Biegescheiben (6 und 6a).

2. Spannscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (8), als abgestufte Moduleinheiten (34) dimensioniert sind.

3. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegescheibe (6) zu der Biegescheibe (6a) um die halbe Teilung der Biegenocken (7) versetzt angeordnet sind.

4. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegescheiben (6 und 6a) mit den außen angeord neten Spannhülsen (13) zu einer starren Montageeinheit so verbunden sind daß die Spannhülsen (13) im verspannten Zustand der Spannscheibe (1, 1a und 19), in den Bohrungen (14) aufgenommen werden und nicht an der Oberseite (15) der Biegescheibe (6) austreten.

5. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei verspannten Spannscheiben durch das Nichtaus treten der Spannhülsen (13) an der Oberseite (15) der Biegescheibe (6) sich eine zusätzliche Tast- und Sicht kontrolle für das Erreichen der Vorspannung ergibt.

6. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Anzahl der an den Biegescheiben (6 und 6a) radial zur Schrauben- (9) und oder Ankerachse (23) angeord neten Biegenocken (7) in den Biegeebenen (16), die Schrau benvorspannung bestimmt wird.

7. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der radialen Anordnung der Spannhülsen (13) am äußeren Durchmesser (33) der Biegescheiben (6, 6a und 17) die Spannelemente (8 oder 34) in der Spannscheibe (1, 1a und 19) zur Schrauben- (9) und oder Ankerachse (23) fest gelegt sind.

8. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung von einer oder mehreren doppel seitigen Biegescheiben (17), zwischen den einseitigen Biegescheiben (6 und 6a), der Spannweg (12) um die Anzahl der doppelseitigen Biegescheiben (17) erweitert wird.

9. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannocken (7) bei der doppelseitigen Biegescheibe (17) nicht versetzt angeordnet sind.

10. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (18) so bemessen ist, daß mit einer Bauform der Spannscheibe (19) alle Lastbereiche für die Firstanker (25) abgedeckt sind.

11. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer, in die Durchgangsbohrung (18) der Spann scheibe (19), mit einem Bund eingreifenden Druckscheibe (20) die Spannscheibe (19) den verschiedenen Durchmessern der Firstanker (25) angepaßt wird.

12. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anpassung an die Ankerplatte (21) angeordnete ballige Lagerplatte (22), die Spannscheibe (19) zur axialen Fixierung zum Firstanker (25), mit einem Vorsprung (24) umgreift.

13. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel Á, der Biegenocken (7) von außen (27), nach innen (28), zur Schrauben- (9) oder Ankerachse (23) im Winkel β steiler werden und damit die Spann- (8, 8a) oder Modulelemente (34) in der Ringbreite (29) zwischen den Biegescheiben (6, 6a und 19) auf den waagerechten Ober kanten (35) der Biegenocken (7) aufliegen.

14. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel µ der Biegenocken (7a) von außen (27), nach innen (28), zur Schrauben- (9) oder Ankerachse (23) gleich sind und durch die horizontale Ebene (32) die Biegenocken (7a) sich zur Schrauben- (9) oder Ankerachse (23) konisch verjüngen und die Spannelemente (8 oder 34) vor der Verspannung nur punktförmig am äußeren Durchmesser (33) aufliegen.

15. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch Addition der modulartig ausgelegten Spannele mente (34) jede durch den Betriebsfall geforderte Vor spannung erreicht wird ohne die Bauart der Spannscheiben (1, 1a oder 19) zu ändern.

16. Spannscheibe nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der radialen Anordnung der Spannhülsen (13) zur Bohrung (18) der Biegescheiben (6, 6a und 17) die Spann elemente (8 oder 34) in der Spannscheibe (1, 1a und 19) zur Schrauben- (9) und oder Ankerachse (23) festgelegt werden.

17. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Vorspannung die Spannscheiben (1, 1a und 19) als starre Unterlegscheibe dann alle zusätz lich auftretenden Kräfte aufnimmt.

18. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der mit den Abmessungen der Spann elemente (8, 8a und 34) eingestellten Vorspannung, die Flächenpressung durch die Bruchlast einer Schrauben- oder Ankerverbindung ohne Deformierung der Spannscheibe aufgenommen wird.

19. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle erforderlichen Vorspannungen der First- und Gebirgsanker nach den geologischen Bedingungen, durch Veränderung der Anzahl der eingelegten Spannmodule (34) mit zusätzlichen doppelten Biegescheiben (17) in den Spannscheiben (1, 1a oder 19), eingestellt werden.

20. Spannscheibe nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Anliegen der gewählten Vorspannung auf die Schrauben- oder Ankerverbindung, durch die aus vergütetem Federstahl gefertigten Spannelemente (8, 8a und 34) gewährleistet und immer im Bereich des gewählten Spannweges nachstellbar ist.

21. Spannscheibe nach dem Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegescheiben (6 und 6a) mit den Spannhülsen (37) im unverspannten Zustand die Spannscheibe zu einer starren Montageeinheit zusammenhalten und dabei mit der Biegescheibe (6 oder 6a) in den Bohrungen (14) bündig mit der Ebene (15) abschließen.

22. Spannscheibe nach den Ansprüchen 4, 5 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülsen (37) um den Spannweg (12) der Spannscheibe (6 und 6a) zur optischen Kontrolle des Spannvorganges aus der Ebene (15) heraustreten.

23. Spannscheibe nach den Ansprüchen 4, 5, 21 und 22, daß mit dem Einbau der Druckscheibe (20), die stärker als der Spannhub ausgebildet ist das Anziehen der Mutter (5), durch das heraustreten der Spannhülsen (37), auf der Ebene (15), in der Funktion nicht behindert wird.