DE60003532T2

DE60003532T2 - Gewindebolzen mit messflächen

Info

Publication number: DE60003532T2
Application number: DE60003532T
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Kersten
Original assignee: Koninklijke Nedschroef Holding NV
Current assignee: Koninklijke Nedschroef Holding NV
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: DE60003532D1; EP1159538A1; NL1011591A1; ATE243817T1; US20040179918A1; WO2000055511A1; NL1011591C1; ES2200822T3; US7001123B2; EP1159538B1; US20020127079A1; AU2699200A; JP2002539388A; US6712570B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindebolzen, der mit Messflächen für Gebrauch bei Ultraschall-Längenmessungen versehen ist. Nachdem der Gewindebolzen in einer Verbindung befestigt worden ist, wird eine solche Messung durchgeführt, um die Längenänderung des Gewindebolzens zu bestimmen, um die Spannung innerhalb des Gewindebolzens auf diese Art und Weise herauszufinden.
Es ist bekannt, einen Gewindebolzen mit Messflächen zu versehen, indem Messflächen an einer Aussparung oder einer Erhebung in Bezug auf die tatsächlichen Endflächen an sowohl dem Kopfende als auch an dem Einsatzende mittels einer Kaltdeformation und Endbearbeitung angeordnet werden. Dieser Gewindebolzen ist in der EP-A-0 459 365 beschrieben. Die EP-A-0,459,365 offenbart einen Gewindebolzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Vorhandensein verschiedener, radialer Ebenen an einem Ende oder an beiden Enden, angeordnet unter verschiedenen axialen Abständen, gemessen entlang der Mittellinie des Gewindebolzens, hat allerdings einen nachteiligen Einfluss auf die Erkennbarkeit und die Deutlichkeit der Messergebnisse.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, dies zu verbessern.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gewindebolzen zu schaffen, mit dem Ultraschall-Längenmessungen an dem Bolzen eindeutig durchgeführt werden können.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung hierzu einen Gewindebolzen mit einem proximalen Kopfende und einem distalen Einsteckende, wobei das Kopfende und das Einsteckende mit radialen Messflächen für Gebrauch bei Ultraschall-Längenmessungen zum Bestimmen der Spannung in dem Gewindebolzen nach Aufstellen in einer Verbindung versehen sind, wobei die Messfläche an dem Einsteckende durch den flachen Boden einer Aussparung an einem Einsetzende gebildet ist, wobei die Aussparung durch eine umlaufende Wand begrenzt wird, die im Querschnitt gesehen an den äußersten, distalen Enden des Bolzens an einem Punkt in die Flanke des Einsatzendes über einen Knick oder eine Kurve übergeht.
Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass mehr radiale Flächen an dem Einsetzende als an der Messfläche vorhanden sind, so dass die Ultraschall-Längenmessung nur zu der Messfläche an dieser Stelle in Bezug gesetzt werden kann, und Doppel-Signale verhindert werden. Aufgrund der Aussparung wird die Messfläche gegen eine Verschmutzung und Beschädigung geschützt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schafft einen Gewindebolzen mit einem proximalen Kopfende und einem distalen Einsteckende, wobei das Kopfende und das Einsteckende mit radialen Messflächen für Gebrauch bei Ultraschall-Längenmessungen zum Bestimmen der Spannung in dem Gewindebolzen nach Aufstellung in einer Verbindung versehen sind, wobei die Messfläche an dem Einsteckende durch den flachen Boden einer Aussparung an dem Einsteckende gebildet ist, wobei das äußerste, distale Ende des Gewindebolzens durch eine Kreislinie gebildet ist.
Der Übergang von der umlaufenden Wand der Aussparung in die Flanke des distalen Endes kann entsprechend eines konvexen Verlaufs verlaufen, besitzt allerdings vorzugsweise eine scharfe Knickform, um das Auftreten eines Rauschens während der Messung so stark wie möglich auszuschließen.
Vorzugsweise bildet die umlaufende Wand eine konische Fläche, die bezüglich der Bolzenmittellinie schräg ist, dessen Winkel bezüglich der Bolzenmittellinie maximal 75° ist, vorzugsweise auch mehr als 45° ist.
Vorzugsweise bildet die Flanke in dem distalen Endabschnitt, der an die umlaufende Wand der Aussparung angrenzend ist, eine schräge, konische Flankenoberfläche bezüglich der Bolzenmittellinie, dessen Winkel maximal 45° bezüglich der Bolzenmittellinie beträgt. Vorzugsweise geht die konische Flankenoberfläche an der proximalen Seite über in die zylindrische Fläche über eine konische Flankenoberfläche, die eine minder schräge Oberfläche bezüglich der Bolzenmittellinie, zum Beispiel bei 25°–35°, ist, wobei die zylindrische Fläche angrenzend mit dem Gewinde versehen sein kann oder nicht. Alternativ kann das distale Ende des Bolzens, mit der vorstehend angegebenen Aussparung versehen, an der Flanke abgestumpft sein.
Vorzugsweise ist die Aussparung mittels einer Stauchbehandlung des Einsteckendes gebildet worden. Als Folge der Stauchbehandlung kann das distale Ende des Bolzens mit seiner Endform in einem Lauf versehen werden. Alternativ kann, ungeachtet der Stauchbehandlung zum Bilden der Aussparung, die schräge Flanke mittels einer spanenden Bearbeitung erhalten werden.
Ein anderer Vorschlag ist aus der US-Patentschrift 4,846,001 bekannt, in der ein Gewindebolzen dargestellt ist, dessen Kopf mit einer Aussparung mit einer Messfläche darin versehen worden ist, die ausreichend glatt/eingeebnet durch eine Endbearbeitung ist, um bei einer Ultraschallmessung verwendet zu werden. Die Aussparung wird zum Aufnehmen eines piezoelektrischen Sensors verwendet. In einer anderen Ausführungsform ist die Aussparung nicht vorhanden und der Sensor ist auf der Oberseite der Endfläche an dem Kopf platziert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Gewindebolzen der Art zu schaffen, die in dem Oberbegriff angegeben ist, die einfach hergestellt werden kann oder hergestellt ist und dazu geeignet ist, zuverlässige Messergebnisse zu erzielen.
Vorzugsweise ist die Messfläche an dem Einsetzende mittels einer Stauchbehandlung angeordnet worden.
Die Stauchbehandlung kann vorteilhaft während einer Kopfbehandlung, durchgeführt in einer Bolzenmaschine, auch bekannt als ein „bolt maker", durchgeführt werden. In einer solchen Bolzenmaschine findet die Stauchbehandlung des Kopfes in einem Vorgang statt. Während des Stauchens können die Messflächen an beiden Enden realisiert werden, wobei der exakte, axiale Abstand zwischen beiden Messflächen bestimmt werden kann.
Alternativ kann der Stauchvorgang zum Bilden der Messflächen während der darauffolgenden Schaftbehandlung stattfinden.
Als eine weitere Alternative kann, anstelle eines Stauchens, die Messebene an dem Einsetzende auch in derselben Bolzenmaschine hergestellt werden, allerdings dann in einer nachfolgenden Station, wo dieser Punkt ausgeführt wird. Dies findet dann mittels einer spanabhebenden Bearbeitung statt.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen, dargestellt in den beigefügten Zeichnungen, erläutert, in denen:
1 stellt einen Gewindebolzen gemäß der Erfindung dar, der eine ausgesparte Messfläche an dem distalen Ende besitzt;
1A stellt ein Detail des distalen Endes des Gewindebolzens der 1 dar;
2A und 2B stellen zwei erläuternde Ausführungsformen eines anderen Gewindebolzens gemäß der Erfindung dar;
3A stellt eine Ansicht einer Bolzenmaschine zum Herstellen eines Gewindebolzens gemäß der Endung dar;
3B stellt aufeinanderfolgende Stationen innerhalb der Bolzenmaschine der 3A dar; und
4 stellt eine mögliche Ausführungsform der Punktmaschine, aufgenommen in der Bolzenmaschine gemäß der 3B, dar.
Der Gewindebolzen 1, dargestellt in den 1 und 1A, weist einen Schaft 2 auf, der einen verbreiterten Kopf 3 mit einem Flansch 4 besitzt, wobei ein Gewinde 5 an dem Schaft 2 angeordnet ist. Das distale Ende 6 des Schafts 2 und demzufolge des Bolzens 1 ist vergrößert in 1A dargestellt. Es kann gesehen werden, dass eine Aussparung 7 in dem distalen Ende 6 gebildet worden ist, wobei die Aussparung axial durch einen flachen Boden 8 begrenzt ist, der sich senkrecht zu der Mittellinie X des Bolzens 1 erstreckt und radial durch eine geneigte bzw. schräge Umfangsebene 9 begrenzt ist, die kozentrisch um die Mittellinie X läuft, wobei die Ebene 9 unter einem Winkel α von 45°–75° in Bezug auf die Mittellinie X verläuft. Über einen scharten, linienförmigen Übergang 10, der, in einer Endansicht, eine kreisförmige Linie bildet, ändert sich das distale Ende 6 radial zu der Außenseite hin in eine schräge bzw. geneigte Umfangsebene 11, die auch konzentrisch in Bezug auf die Mittellinie X verläuft, wobei die Ebene unter einem Winkel β in Bezug auf die Mittellinie X verläuft, wobei β maximal 45° ist. Es kann gesehen werden, dass sich die geneigte Umfangsebene 11 über eine Erhebung in eine vergleichbar geneigte Umfangsebene 12 ändert, die allerdings unter einem Winkel γ in Bezug auf die Mittellinie X verläuft, der zu dem Winkel β unterschiedlich ist, und hier 25 bis 35° beträgt.
An dem anderen Ende ist auch eine flache Ebene 14 auf der Endebene 113 vorgesehen, die, ähnlich der Ebene 9, senkrecht zu der Mittellinie X verläuft, und ähnlich der Fläche 8 geeignet ist, als Messfläche bei Ultraschallmessungen dient. Die Ebenen-Parallelität beträgt hier mindestens 0,05 mm.
Die Aussparung 7 und die Messfläche 8 können in einer einfachen Art und Weise in einem Bolzen (gewöhnlich Stahl) durch Stauchen des distalen Endes 6 in einer sogenannten Punktmaschine realisiert werden. Bei derselben Stauchbehhandlung können die Umfangsflächen 11 und 12 hergestellt werden. Alternativ können die Flächen 11 und 12 mittels einer spanabhebenden Behandlung hergestellt werden, und zwar entsprechend dem, was in Bezug auf 4 angegeben wird.
Während einer Messung wird der Sensor gegen die Messfläche 14 platziert, möglicherweise mit der Hilfe einer sehr dünnen Schicht eines Kontakt-Adhäsivs. Mit Hilfe einer Ultraschallmessung kann der Abstand S, gemessen in einer Richtung parallel zu der Mittellinie X, zwischen den Flächen 8 und 14 (gegen die der Sensor platziert worden ist), exakt gemessen und bestimmt werden. Hierdurch kann die Spannung in dem Bolzen bekannt sein. Die Genauigkeit der Ultraschallmessung wird als eine Folge von nur einer radial orientierten Fläche 8, die in dem distalen Ende 6 vorhanden ist, verbessert. Doppel-Messungs-Signale werden auf diese Art und Weise verhindert.
Als Beispiel kann, mit einem Durchmesser der kreisförmigen Linie 10 von ungefähr 12 mm, der Durchmesser der Fläche 8 4 mm sein.
Entsprechend den Messflächen des Gewindebolzens, der nachfolgend diskutiert wird und in den 2A und 2B dargestellt ist, können die Messflächen 8 und 14 ohne einen abschließenden Bearbeitungsvorgang realisiert werden, das bedeutet, dass zum Beispiel für die Fläche 8 die Stauchbehandlung die letzte Behandlung der Fläche ist.
In 2A sind vergleichbare Bolzenteile mit vergleichbaren Bezugszeichen, erhöht um 100, dargestellt. Demzufolge ist der Bolzen 101 mit einer distalen Messfläche 108 und mit einer proximalen Messfläche 114, die den Boden einer Aussparung 115 in der proximalen Endlfäche 113 des Bolzens 101 bildet, versehen, wobei in diese Aussparung der Sensor platziert werden kann. In diesem Fall ist der Abstand S zwischen den Messflächen 108 und 114 exakt zuvor bekannt. Die Aussparung 115 und die Messfläche 114 sind während einer flachen Vorstauchung (siehe auch 3B) realisiert worden, und zwar ohne eine Endbehandlung (wie beispielsweise Schleifen) der Messfläche. Die Messfläche 108 ist hier während eines Stauchens gebildet worden, auch ohne eine Endbearbeitungsbehandlung der Fläche.
In 2B ist ein alternativer Gewindebolzen 201 dargestellt worden, wobei dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen, wiederum erhöht um 100, dargestellt worden sind. In diesem Fall, sind die Messflächen 208 und 214 an sowohl dem proximalen Ende als auch an dem distalen Ende, auch an der Endlfläche des Bolzens 201, gebildet worden. Ähnlich der Messfläche 108 erstreckt sich die Messfläche 208 über nahezu den gesamten Durchmesser des distalen Endes, oder des Einsatzendes.
In 3A ist die Bolzenmaschine dargestellt, mit der die Bolzen gemäß der 1, 2A und 2B und von alternativen Ausführungsformen hergestellt werden können. Ein Metalldraht 221 wird von einer Rolle 222 zugeführt, führt durch das Zuführende 223 der Bolzenmaschine 220 hindurch und wird darin zu Gewindebolzen verarbeitet, die mit den Messflächen gemäß der Erfindung versehen worden sind, und werden an dem Ausgabeende 224 ausgegeben, wo sie in einem Fach 225 gesammelt werden.
In der Bolzenmaschine 220 ist eine Gewindeschneideinrichtung, zum Schneiden eines Werkstücks unter einem erwünschten Volumen für den Bolzen, einer Station 402 zum Stauchen folgend (siehe 3B), wonach das Werkstück 401a erhalten wird, eine Station 403 für eine Kopfbildung, wonach ein Werkstück 401b erhalten wird, dann eine Station 403 zum Reduzieren des Schafts, wonach ein Werkstück 401c erhalten wird, und dann eine Station 405 zum Trimmen, wonach ein Werkstück 401d erhalten wird, vorhanden. Die Werkstücke 401d werden darauffolgend einer Punktbehandlung in einer Punktmaschine, aufgenommen in derselben Bolzenmaschine 320, unterworfen, und danach werden sie einer Gewindewalzbehandlung, auch in derselben Bolzenmaschine 320, unterworfen.
Wie angegeben ist, können die Messflächen in den Bolzen gemäß der Erfindung durch eine Kaltverformung während der Kopfbildung, in der Station 403, entweder durch integrales Bilden einer Aussparung in dem Kopf oder nicht, angeordnet werden. Während dieser Stauchung des Kopfes selbst wird Gebrauch von einem besonders geformten Stempel in der Station 403 gemacht. Zum Herstellen der Messfläche an dem distalen Ende oder an dem Einsetzende kann ein Ausschlagstift 426 oder 427, besonders geformt für diesen Zweck, um das distale Ende in der gewünschten Art und Weise durch Stauchen, und zwar in der Station 402 oder 402, zu deformieren, verwendet werden.
Demzufolge kann, ohne besondere, weitere Maßnahmen, ein Gewindebolzen realisiert werden, der Messflächen besitzt, die für Ultraschallen-Längenmessungen geeignet sind.
Die Punktmaschine 530 der 4, aufgenommen in der Bolzenmaschine 320, kann alternativ zum Herstellen der Messfläche an dem distalen Ende verwendet werden, die durch die Endfläche des distalen Endes selbst gebildet ist. Wie gesehen werden kann, sind zwei Schneideinrichtungsplatten 531 und 532 angeordnet worden, die gelenkig aufhängbar sind und in einer winkelmäßigen Position eingestellt werden können. Die Schneideinrichtungsplatte 531 ist geneigt positioniert und die Schneideinrichtungsplatte 532 ist horizontal angeordnet, um die Messfläche zu schneiden. Hierbei ist wiederum der exakte Abstand zwischen beiden Mess/Endflächen bekannt. Beide Schneideinrichtungsplatten werden um das Einsetzende gedreht, wobei der Bolzen gegen eine Drehung gehalten wird.

Claims

Gewindebolzen (1) mit einem proximalen Kopfende (3) und einem distalen Einsteckende (6), wobei das Kopfende (3) und das Einsteckende (6) mit radialen Messflächen (14; 8) für Gebrauch bei Ultraschallängenmessung zum Bestimmen der Spannung in dem Gewindebolzen (1) nach Aufstellung in einer Verbindung, versehen sind, wobei die Messfläche (8) an dem Einsteckende (6) durch den flachen Boden einer Aussparung (7) an dem Einsteckende gebildet ist, wobei die Aussparung durch eine umlaufende Wand (9) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Wand (9) – in Querschnitt betrachtet – an dem äußersten distalen Ende des Bolzens auf einem Punkt (10) über einen Knick oder eine Kurve in eine Flanke (11) des Einsteckendes übergeht.
Gewindebolzen nach Anspruch 1, wobei das äußerste distale Ende des Gewindebolzens (1) durch eine Kreislinie (10) gebildet wird.
Gewindebolzen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Übergang von der umlaufenden Wand (9) der Aussparung (7) in die Flanke (11) gemäß einem konvexen Lauf läuft.
Gevindebolzen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Übergang von der umlaufenden Wand (9) der Aussparung (7) in die Flanke eine scharfe Knickform hat.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Wand (9) der Aussparung (7) eine konische Oberfläche bildet, die bezüglich der Bolzenmittellinie (X-X) schräg ist, dessen Winkel bezüglich der Bolzenmittellinie maximal 70° ist, vorzugsweise auch mehr als 45°.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flanke (11) in dem an der umlaufenden Wand (9) der Aussparung grenzen- den Endabschnitt eine bezüglich der Bolzenmittellinie (X-X) schräge konische Flankenoberfläche bildet, dessen Winkel bezüglich der Bolzenmittellinie maximal 45° ist.
Gewindebolzen nach Anspruch 6, wobei die konische Flankenoberfläche (11) an der proximalen Seite über eine minder schräge Oberfläche bezüglich der Bolzenmittellinie (X-X) in eine zylindrische Fläche übergeht, z. B. bei 25°–35°, welche zylindrische Fläche ja oder nicht angrenzend mit dem Gewinde (5) versehen ist.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche (1–7), wobei das distale Ende (6) des Bolzens (1) mit der vorhergenannten Aussparung versehen, abgestumpft wird.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (7) durch eine einzige Stauchbehandlung des Einsteckendes (6) gebildet ist.
Gewindebolzen nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6–9 wenn abhängig von Anspruch 5, wobei die schräge Flanke (11, 12) durch eine spanende Bearbeitung erhalten wird.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (7) und/oder die Messfläche (8) auf dem Einsteckende (6) ohne Nachbearbeitungshandlung angeordnet ist.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messfläche (14) an dem Kopfende (3) auf dieselbe Weise wie die Messfläche an dem Einsteckende, vorzugsweise in derselben Behandlung, hergestellt ist.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messfläche (8) an dem Einsteckende (6) während der spanenden Bearbeitung von dem Einsteckende in einer Punktmaschine, in einer Bolzenmaschine aufgenommen, angeordnet ist.
Gewindebolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messfläche (14) an dem Kopfende (3) vertieft gelegen ist.