DE69402090T2 - Spanneinrichtung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Spanneinrichtungen und insbesondere hydraulisch betätigte Schrauben oder Muttern für das Hervorrufen und Beibehalten einer Spannung in Bolzen oder Schrauben oder dergleichen.
• Diese Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, Befestigungselemente der Ausführung, die in der UK-Patentveröffentlichung GB-A-2245681 beschrieben wird, bei der ein ringförmiger Zylinderkörper aus Metall mit einem ringförmigen Hohlraum in dessen einen Stirnseite bereitgestellt wird, um einen ringförmigen Metallkolben aufzunehmen, dessen radial innere und äußere Seitenwände als sich verjüngende ringförmige Stege enden, die gemeinsam eine ringförmige Aussparung zwischen sich abgrenzen und unter dem hydraulischen Druck eine derartige Biegsamkeit zeigen, daß sie eine Abdichtung gegen die Hohlraumwände bewirken, während der Kolben axial längs des Hohlraumes durch den darin vorhandenen hydraulischen Druck verschoben wird. Jenes Element unterscheidet sich von den konventionellen hydraulischen Muttern durch die Form der Abdichtung, bei der nicht eine Forderung nach Materialien besteht, die nicht eine längere Einwirkung von erhöhten Temperaturen aushalten können.
• Jene Patentbeschreibung befaßt sich mit einer hydraulischen Mutter, bei der der ringförmige Zylinderkörper aus Metall einen mit Innengewinde versehenen Mutternkörper aufweist, der so konstruiert ist, daß er auf eine verlängerte Schraube oder einen verlängerten Bolzen, die aus der Vorrichtung herausragen, geschraubt werden kann, und wobei der ringförmige Metallkolben einen Lastring aufweist, der so konstruiert ist, daß er gegen die Vorrichtung drückt, während der Kolben und der Zylinder durch den hydraulischen Druck getrennt werden, um in der Schraube oder im Bolzen eine Zugspannung hervorzurufen. Der Kolben ist ein Teil des Kolbenkörpers, der einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch umfaßt, der dem Abschnitt des Zylinderkörpers gegenüberliegt, der radial außerhalb des Hohlraumes angeordnet ist, so daß die zwischen dem Flansch und dem Körperabschnitt eingefügten Unterlegscheiben axial nebeneinander angeordnet bleiben, und daher die axiale Belastung beibehalten, nachdem der hydraulische Druck aufgehoben wurde.
• Obgleich die Patentbeschreibung, die hauptsächlich die Abdichtungsanordnung betrifft, diese im Verhältnis zu einer derartigen hydraulischen Mutter beschreibt, bei der die Belastung infolge Zugspannung durch Unterlegscheiben beibehalten wird, ist zu erkennen, daß es ebenfalls konventionell ist, die relativen Positionen von Kolben und Zylinderkörper unter Belastung mittels eines Sicherungsringes aufrechtzuerhalten, der ein Innengewinde aufweist, so daß er durch die zusammenwirkenden Gewinde am Umfang des Kolbens oder Zylinderkörpers getragen wird, und um eine axiale Verschiebung angrenzend aneinander vor dem Ablassen des hydraulischen Druckes zu bewirken, wodurch die Belastung danach von einem Körper auf den anderen infolge der angrenzenden Beziehung von Ring und mit Gewinde versehener Halterung übertragen wird, wenn der hydraulische Druck aufgehoben wird.
• Eine spezielle Verwendung für eine derartige hydraulische Mutter, die die vorangehend beschriebene Abdichtungsanordnung aufweist, erfolgt in einem Turbinengehäuse, wo die Mutter die Zugbelastung von den Gehäuseschrauben über viele Jahre bei erhöhten Temperaturen vor dem Aufheben beibehalten muß, indem der Hydraulikflüssigkeitsdruck angewandt, die physikalische Retention aufgehoben, d.h., der Sicherungsring verschoben, und der hydraulische Druck reduziert wird, um die Zugbelastung in der Schraube abzubauen.
• Im typischen Fall ist bei einer derartigen Verwendung der Abstand der Gehäuseschrauben durch die Abmessungen der hydraulischen Muttern begrenzt, und es ist wünschenswert, die radialen Abmessungen zu minimieren. Es ist zweckmäßig, einen Sicherungsring zur Verfügung zu haben, der den Kolbenkörper umgibt und von diesem getragen wird, und der axial angrenzend an den Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers radial nach außen vom ringförmigen Hohlraum so verschoben wird, daß die radialen Abmessungen der hydraulischen Mutter effektiv durch die radialen Abmessungen des ringförmigen Hohlraumes, die durch den Flüssigkeitsdruck und die Axialkraft, die auszuüben sind, bestimmt werden, und durch die radialen Abmessungen der Wände des Zylinderkörpers definiert werden, die den Hohlraum bilden, um den radial darauf wirkenden Kammerdruck und die axiale Zugbelastung auszuhalten, die nach dem Aufheben des Druckes aufgenommen wird.
• Bisher wurde die radiale Dicke insbesondere des Abschnittes des Zylinderkörpers, der außerhalb des Hohlraumes liegt, so ausgewählt, daß jegliche Verdrehung oder Durchbiegung der Wand infolge des hydraulischen Druckes innerhalb deren elastischen Grenzen liegt, so daß die Wand mit Bezugnahme auf den Kolben und die Abdichtungsanordnung in ihre ursprüngliche Konfiguration zurückkehrt, wenn der hydraulische Druck aufgehoben wird. Es ist zu erkennen, daß, wo die traditionellen elastomeren Abdichtungsanordnungen zur Anwendung kommen, die Forderungen betreffs einer Rückführung in die genaue Konfiguration weniger streng sind als bei den Abmessungen der Metallstege bei der vorangehend beschriebenen Patentbeschreibung.
• Es wurde jedoch ermittelt, daß ungeachtet der Auswahl der Abmessungen und Materialien des Zylinderkörpers innerhalb derartiger konstruktiver Grenzen, daß die durch den hydraulischen Druck hervorgerufene Durchbiegung des Zylinderkörpers sich bis zur Abdichtfähigkeit der Metallkolbenstege lockert, eine Unzulänglichkeit hinsichtlich der Abdichtung zu verzeichnen ist, die die anschließende Druckerzeugung im Hohlraum behindert oder sogar verhindert, wenn bewirkt wird, daß der Zylinderkörper die axiale Belastung mittels eines Sicherungsringes am Kolben aufnimmt.
• Es wird erkannt, daß der Kopf einer Schraube einem Bolzen- oder Schraubenschaft, der eine Mutter aufweist, die daran mittels Gewinde gesichert ist, hinsichtlich der Anwendung von Axialkräften direkt analog ist, und daß die vorangehend erwähnte Diskussion gleichermaßen für einen Schraubenkopf gilt, der eine eingebaute hydraulische Spanneinrichtung besitzt, wie es bei einer separat befestigten Mutter der Fall ist. In dieser Patentbeschreibung soll sich der Begriff "hydraulische Spanneinrichtung", wenn es nicht anderweitig angegeben wird, auf entweder eine Mutter- oder Schraubenform beziehen.
• Insoweit wie eine derartige Unzulänglichkeit hinsichtlich der Abdichtung aus den Kräften resultiert, die auf den Körper wirken, muß in Betracht gezogen werden, daß, obgleich in einem geringeren Ausmaß, irgendeine Form einer Abdichtungsanordnung zwischen dem Kolben und dem Zylinderkörper vorhanden ist, und daß daher das Aufnehmen der Wirkung derartiger Kräfte auf den Körper von der genauen Form der Abdichtung und den Konstruktionen des Kolbens und des Zylinderkörpers, die einen Hohlraum begrenzen, unabhängig ist.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Spanneinrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Unzulänglichkeit der bekannten Einrichtungen hinsichtlich einer erneuten Druckerzeugung nach dem Aufnehmen einer Last mittels eines Zylinderkörpers und eines Sicherungsringes, der vom Kolbenkörper getragen wird, abschwächt.
• Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine hydraulische Spanneinrichtung auf: (i) einen ringförmigen Zylinderkörper, der eine Längsachse umgibt, in dessen einen Stirnseite ein sich axial erstreckender Hohlraum ausgebildet ist, und der radial nach außen vom Hohlraum aus einen Wandabschnitt des Zylinderkörpers und einen Stirnseitenabschnitt aufweist; (ii) einen ringförmigen Kolbenkörper, der einen sich axial erstreckenden ringförmigen Kolbenabschnitt aufweist, der sich in den Hohlraum hinein erstreckt und innerhalb dieses einen Gleitsitz bildet, um mit dem Zylinderkörper eine Flüssigkeitskammer abzugrenzen; (iii) eine Abdichtungseinrichtung für die Kammer; (iv) eine Verriegelungseinrichtung, die einen Sicherungsring umfaßt, der koaxial den Kolbenkörper umgibt und eine Stirnseite aufweist, die koaxial zum Stirnseitenabschnitt des Wandabschnittes des Zylinderkörpers ist und diesem gegenüberliegt; und (v) einen Kanal für die Zuführung der Flüssigkeit mit erhöhtem Druck zur Kammer, um diese beim Betrieb unter Druck zu setzen, und um die axiale Verschiebung zwischen dem Kolbenabschnitt und dem Zylinderkörper entgegen der axialen Körperbelastung zu bewirken, und um zu gestatten, daß die Verriegelungseinrichtung so angeordnet wird, daß die Stirnseite des Sicherungsringes an den Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers anstößt; und für das Freigeben der Flüssigkeit aus der Kammer, um zu bewirken, daß deren Druckentlastung erfolgt, so daß die axiale Belastung zwischen dem Wandabschnitt des Zylinderkörpers und dem Sicherungsring übertragen wird, wobei die Stirnseite des Sicherungsringes, die am Zylinderkörper liegt, ausgespart ist, um eine radial nach innen geneigte Fläche dem Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers bereitzustellen, um das Gleiten des Wandabschnittes des Zylinderkörpers radial nach innen über die Fläche des Sicherungsringes während der Übertragung der axialen Belastung zu gestatten.
• Vorzugsweise wird der Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers radial nach außen vom Hohlkörper mit einer im wesentlichen komplementären Neigung zur Stirnseite des Sicherungsringes gebildet.
• Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren für das Hervorrufen und Beibehalten einer Zugspannung in einem länglichen Element, das sich von der Vorrichtung aus erstreckt, die eine Einrichtung nach einem der zwei vorhergehenden Paragraphen benutzt, auf: Anordnen des Zylinderkörpers oder des Kolbenkörpers, der koaxial am Element so gesichert ist, daß der andere Körper auf der Vorrichtung gehalten wird; Zuführen von Flüssigkeit mit erhöhtem Druck zur Kammer, um den Kolbenkörper axial mit Bezugnahme auf den Zylinderkörper zu verschieben, und um eine Zugspannung im Element hervorzurufen; Sichern des Sicherungsringes angrenzend am Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers und gegen eine axiale Bewegung relativ zum Kolbenkörper; Verringern des Kammerdruckes so, daß die Zugspannung zwischen dem Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers und dem Sicherungsring wirkt; und mindestens einmal ein erneutes Erzeugen eines Druckes in der Kammer, ein Sichern des Sicherungsringes angrenzend an der Zylinderkörperfläche und Verringern des Kammerdruckes.
• Die Ausführungen der Erfindung werden jetzt mittels des Beispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine hydraulische Spanneinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung in der Form einer hydraulischen Mutter, die auf einem Schraubenelement angeordnet ist, das sich von der Vorrichtung aus erstreckt, wobei der Mutternkörper durch einen Zylinderkörper und der Lastring durch einen Kolbenkörper gebildet wird, und die axial vor dem Hervorrufen der Zugspannung im Schraubenelement verengt wird;
• Fig. 2 eine Schnittansicht gleich Fig. 1, die aber das Befestigungselement zeigt, das sich axial erstreckt und die Zugspannung im Schraubenelement mittels eines Sicherungsringes beibehält:
• Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine weitere Form der Einrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, die eine hydraulische Mutter mit dem Kolbenkörper anstelle des Zylinderkörpers, der den Mutternkörper bildet, aufweist;
• Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen Abschnitt einer weiteren Form der Einrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, die Fig. 2 gleicht, die aber eine alternative Form der Verriegelungseinrichtung zeigt; und
• Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine hydraulische Spanneinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung in der Form einer hydraulischen Schraube, die sich von der Vorrichtung aus erstreckt, wodurch ein Zusammendrücken erfolgt.
• In Fig. 1 und 2 wird eine Schraube 10 mit der Längsachse 11 benutzt, um die zwei Abschnitte 12, 13 der Vorrichtung miteinander festzuklemmen. Die Schraube besitzt einen Kopf 14, der so ausgelegt ist, daß er gegen einen Abschnitt 12 der Vorrichtung drückt und einen mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 15 aufweist, der sich vom anderen Abschnitt 13 aus erstreckt. Die Abschnitte 12, 13 der Vorrichtung werden beim Zusammendrücken mittels einer Zugspannung zusammengehalten, die in der Schraube durch eine hydraulische Mutter 16, die mittels Gewinde auf dem Schaftabschnitt angeordnet ist und auf den Abschnitt 13 wirkt, hervorgerufen und beibehalten wird.
• Die hydraulische Mutter 16 ist im wesentlichen so, wie sie in der vorangehend erwähnten GB-A-2245681 beschrieben wird, und sie weist einen ringförmigen Mutternkörper 17 auf, der mit der Schraube koaxial ist, dessen radial innere Wand 18 mit einem Gewinde versehen ist, um mit der Schraube in Eingriff zu kommen, und dessen untere Stirnseite 19 einen sich axial erstreckenden ringförmigen Hohlraum 20 enthält. Die radial inneren und bzw. äußeren Wände 22, 23 des Hohlraumes liegen einander gegenüber und erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse 11. Der Mutternkörper weist infolge des Hohlraumes 20 einen Zylinderkörper auf. Der Abschnitt 24 des Zylinderkörpers radial nach außen vom Hohlraum kann zweckmäßigerweise als der Wandabschnitt des Zylinderkörpers bezeichnet werden.
• Ein ringförmiger Kolbenkörper 25 weist ein Lastringelement auf, das zwischen dem Mutternkörper und dem Abschnitt 13 der Vorrichtung angeordnet ist. Der Lastring umfaßt ein wahlweises Unterlegscheibenelement 25' und einen aufrechtstehenden ringförmigen Kolbenabschnitt 26, der durch die radial inneren und bzw. äußeren Seitenwände 27, 28 begrenzt wird, und der sich in den Hohlraum 20 hinein erstreckt und innerhalb dieses einen Gleitsitz bildet, um mit dem Zylinderkörper eine Kammer 29 abzugrenzen. Die radial inneren und äußeren Seitenwände 27, 28 des ringförmigen Kolbenabschnittes enden innerhalb der Kammer 29 in sich axial erstreckenden und verjüngenden ringförmigen Stegen 30, 31, die die Abdichtungseinrichtung zwischen dem Kolben und den Zylinderwänden für die Kammer bilden.
• Die Verriegelungseinrichtung für die hydraulische Mutter umfaßt einen Sicherungsring 32, der koaxial den aufrechtstehenden Abschnitt des Kolbenkörpers umgibt und eine Stirnseite 33 aufweist, die koaxial zum Stirnseitenabschnitt 34 des Wandabschnittes 24 des Zylinderkörpers verläuft und diesem gegenüberliegt. Der Sicherungsring weist an seiner radial inneren axialen Wand 32' ein Gewinde auf und wird durch die mit einem damit zusammenwirkenden Gewinde versehene, sich axial erstreckende radial äußere Seitenwand 28' des Kolbenkörperabschnittes getragen, der sich vom Stegabschnitt aus axial verschiebt.
• Ein Kanal 35, der einen genormten mit Gewinde versehenen Anschlußkanal 36 umfaßt, erstreckt sich durch den Zylinderkörper zur Kammer 29, um zu gestatten, daß die hydraulische Flüssigkeit mit erhöhtem Druck dieser zugeführt und aus dieser abgelassen wird.
• Das hydraulische Mutternelement, wie es soweit beschrieben wurde, ist mit Bezugnahme auf die an sich im Fachgebiet bekannten Elemente als konventionell anzusehen. Wohingegen es im Fachgebiet jedoch als konventionell zu betrachten ist, daß sich die angrenzenden Flächen des Mutternkörpers und des Sicherungsringes senkrecht zur Längsachse 11 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erstrecken, weicht es darin ab, daß die Stirnseite 33 des Sicherungsringes 32 nahe am Zylinderkörper ausgespart ist, um eine radial nach innen geneigte Fläche zum Stirnseitenabschnitt 34 des Wandabschnittes 24 des Zylinderkörpers bereitzustellen, d.h., radial nach außen vom Hohlraum 20.
• Zweckmäßigerweise ist der Stirnseitenabschnitt 34 des Zylinderkörpers mit einer im wesentlichen komplementären Neigung zur Stirnseite 33 des Sicherungsringes versehen.
• Die Aussparung in der Stirnseite des Sicherungsringes kann einem Abschnitt der Oberfläche einer Kugel, die auf der Längsachse zentriert ist, entsprechen, d.h., die Stirnseite des Ringes kann eine schwache Krümmung in der radialen Richtung aufweisen; oder sie kann einem Abschnitt der Oberfläche eines Kegels, der auf der Längsachse zentriert ist, entsprechen, d.h., die Stirnseite des Ringes ist im wesentlichen in der radialen Richtung flach, obgleich jedes andere Profil der Stirnseite des Ringes, das mit dem Anbringen einer Aussparung vereinbar ist, innerhalb der Beschränkungen angewandt werden kann, die hinsichtlich der Neigung der Aussparung gefordert werden, wie hierin nachfolgend diskutiert wird.
• Der Betrieb der hydraulischen Mutterneinrichtung ist darin konventionell, daß der Zylinderkörper (Mutternkörper) bei einer abgelassenen Kammer 29 auf dem Schaft 15 einer Schraube montiert und gedreht wird, um eine Bewegung zum Abschnitt 13 der Vorrichtung zu bewirken, bis der Kolbenkörper (Lastring) 25 an den Abschnitt 13 anstößt und im wesentlichen vollständig in den Hohlraum 20 zurückgezogen wird, um eine minimale Kammer 29 abzugrenzen. Die hydraulische Flüssigkeit wird mittels des Kanals 36 mit erhöhtem Druck in die Kammer 29 eingeführt, um innerhalb der Kammer einen hohen Druck aufzubauen, der sowohl die Kolbenstegabschnitte 30, 31 in einen abdichtenden Kontakt mit den Wänden des Hohlraumes bringt als auch den Kolben- und Zylinderkörper axial auseinandertreibt, wobei eine derartige Bewegung die Schraube mit Bezugnahme auf die Vorrichtung 13 in der Längsrichtung streckt und darin in Verbindung mit der Axialkraft und dem Flüssigkeitsdruck eine Zugspannung hervorruft, während entsprechend die Abschnitte der Vorrichtung zusammengedrückt werden. Wenn eine vorgeschriebene Zugspannung erreicht wurde, wird der Sicherungsring 32 axial verschoben und angrenzend an den Stirnseitenabschnitt 34 des Zylinderkörpers mittels eines Gewindeeingriffes gesichert, wie in Fig. 2 gezeigt wird, wobei der Druck zu diesem Zeitpunkt in der Kammer 29 so reduziert wird, daß die Zugspannung der Schraube, die zuvor durch den Boden des Hohlraumes und die Stirnseite des Kolbenabschnittes aufgenommen wurde, durch den Wandabschnitt 24 des Zylinderkörpers, den Stirnseitenabschnitt 34, den Sicherungsring 32 und die mit Gewinde versehene Fläche 28' des Kolbenkörpers beibehalten wird.
• Wenn in der Kammer ein Druck erzeugt wird und der Kolben axial in Richtung des Randes des Hohlraumes verschoben wird, wie in Fig. 2 gezeigt wird, neigt der auf die Kammerwand 23 wirkende Druck dazu, den Wandabschnitt 24 radial nach außen in einem vom Material und dessen Dicke abhängigen Ausmaß durchzubiegen. Eine derartige Durchbiegung ist meistens sehr gering und liegt innerhalb der elastischen Grenzen des Materials; außerdem biegt der gleiche Druck das Kolbenstegelement 31 durch, um eine weitere wirksame Abdichtung zu sichern.
• Wenn der Kammerdruck reduziert wird, lockern sich die Kolbenstege und gehen in ihren Ausgangszustand zurück, und der äußere Wandabschnitt 24 des Mutternkörpers neigt dazu, sich gleichfalls so zu verhalten, da die axiale Belastung der Schraubenspannung mittels des Sicherungsringes zur Wirkung kommt.
• Ungeachtet der großen axialen Belastung, die auf die Stirnseite des Sicherungsringes übertragen wird, gestattet die ausgesparte Stirnseite des Ringes, daß der Stirnseitenabschnitt 34 radial nach innen über die Fläche des Sicherungsringes infolge der Lockerung des Abschnittes 16' gleitet, um seine Kontaktbeziehung zum Kolbensteg 31 wieder herzustellen.
• Das steht im Gegensatz zur vorangehend aufgezeigten konventionellen Anordnung, bei der die Stirnseite des Sicherungsringes und der Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers senkrecht zur Längsachse 11 verlaufen, wo ermittelt wurde, daß der Rand des Hohlraumes dazu neigt, in die Stirnseite des Sicherungsringes einzuhaken oder sich einzuhämmern und nicht radial wieder hergestellt werden kann. Obgleich das keinen bedeutenden Einfluß hinsichtlich des Aufnehmens der Axiallast hat, wurde ermittelt, daß die anfängliche Abdichtung zwischen dem vollständig entspannten Kolbensteg 31 und der teilweise durchgebogenen Hohlraumwand 23 unzureichend ist, um eine geeignete erneute Druckerzeugung in der Kammer 29 zu gestatten.
• Es wurde ermittelt, daß eine Neigung der Aussparung in der Größenordnung von 5º zur Normalen zur Längsachse ausreichend ist, um eine radiale Entspannung des Wandabschnittes 24 des Zylinderkörpers zu gestatten, ohne daß Komponenten der übertragenen Belastungskraft in einer nichtaxialen Richtung eingeführt werden, die den Wirkungsgrad der Lastübertragung beeinflussen.
• Die kleine Neigung der Aussparung erzeugt zusammen mit der Belastungskraft eine kleine radial nach innen gerichtete Reaktionskomponente auf den Stirnseitenabschnitt 34 des Zylinderkörpers, die die radiale Bewegung des Wandabschnittes 24 des Zylinderkörpers in einen abdichtenden Kontakt mit dem Kolbensteg 31 unterstützt oder zumindestens den Widerstand gegen diese überwindet.
• Obgleich die Form des Stirnseitenabschnittes 34 für das Entspannen radial nach innen nicht genau begrenzt sein muß, wird man verstehen, daß es für die gleichmäßige Verteilung der Axiallast wünschenswert ist, daß sich der Stirnseitenabschnitt in einer im wesentlichen komplementären Weise an die Aussparung im Sicherungsring anpaßt, wenn beide in einem beanspruchten oder belasteten Zustand sind.
• Es ist zu erkennen, daß beim Betrieb die die Spannung beibehaltende Belastungskraft, die axial längs des Wandabschnittes 24 des Zylinderkörpers wirkt, im Sicherungsring eine radial nach außen gerichtete Komponente infolge der Neigung der Aussparung und eine axiale Komponente bildet, die radial von der Reaktionskraft versetzt ist, die in der mit Gewinde versehenen Halterung 28' des Kolbenabschnittes erzeugt wird, wobei das Ergebnis das ist, daß der obere Abschnitt des Sicherungsringes dazu neigt, sich radial nach außen durchzubiegen, so daß die Flächen des Ringes und des Zylinderkörpers, die vor der Benutzung zusammenpassen, während der Benutzung nicht mehr genau zusammenpassen.
• Wenn es gewünscht wird, und wenn der Grad der höchstmöglichen Durchbiegung des Ringes bei der Benutzung vorausgesagt werden kann, können die Neigungen der Ringaussparung und des Stirnseitenabschnittes des Zylinderkörpers unterschiedlich ausgeführt sein, um eine Übereinstimmung miteinander zu bewirken, wenn der Ring belastet wird.
• Wenn derartige Belastungseinflüsse geringfügig sind, kann deren Vernachlässigung bevorzugt werden, und es kann eine Anpassung zwischen der Stirnseitenaussparung des Sicherungsringes und dem Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers erfolgen, wenn keine Belastung erfolgt, d.h., daß sie mit der gleichen Neigung hergestellt werden.
• Es kann veranlaßt werden, daß die Paßflächen der Ringaussparung und des Stirnseitenabschnittes des Zylinderkörpers wahlweise durch ein Einpassen unter Belastung angeglichen werden, wobei dieser Vorgang ebenfalls ermöglicht, daß die radiale Entspannung des Zylinderkörperabschnittes und der Wirkungsgrad der Abdichtung vor der Installation ermittelt werden können.
• Bei einem derartigen Vorgang kann die hydraulische Mutter an einer Schraube, bei der sie verwendet werden soll, oder einer Hilfsschraube gesichert werden; die Kammer 29 wird unter Druck gesetzt, um in der Schraube eine Zugspannung hervorzurufen; der Sicherungsring verläuft längs des Kolbenkörpers und ist angrenzend am Zylinderkörper gesichert; und die Kammer wird abgelassen, wodurch die Schraubenspannung verbleibt, die durch den Stirnseitenabschnitt 34 des Zylinderkörpers und den Sicherungsring 32 zur Wirkung kommt. Mindestens einmal danach und vorzugsweise mehrmals wird der Zylinder wieder unter Druck gesetzt, und der Sicherungsring wird erneut wieder angrenzend an den Zylinderkörper angeordnet und gesichert, bevor der Kammerdruck reduziert und die Belastung zwischen dem Zylinderkörper und dem Sicherungsring erneut zur Anwendung kommt. Die hydraulische Mutter kann danach erneut auf einer Schraube, bei der sie zur Anwendung kommen und auf der sie installiert werden soll, montiert werden, um die geeignete Zugspannung in der Schraube hervorzurufen und beizubehalten.
• Eine derartige Periodizität der Druckerzeugung und Belastung dient dazu, geringere Nichtübereinstimmungen zwischen den zueinanderpassenden Flächen des Sicherungsringes und des Zylinderkörpers unter Belastung abzuschwächen und zu sichern, daß die Kolbenstege und die Hohlraumwände eine wirksame Abdichtung für eine wiederholte erneute Druckerzeugung nach der Installation bilden.
• Es wird erkannt, daß die hydraulische Mutter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht auf die in Fig. 1 und 2 gezeigte begrenzt ist. Beispielsweise kann ein ringförmiger Kolbenkörper innen mit Gewinde versehen sein, um den Mutternkörper für einen Eingriff mit einer Schraube 15 auszubilden, und der Zylinderkörper bildet den Lastring, der auf dem Abschnitt 13 der Vorrichtung aufliegt.
• Außerdem wird erkannt, daß eine hydraulische Mutter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht auf einer Konstruktion basieren muß, die in der vorangehend erwähnten GB-A-2245681 beschrieben wird, bei der der Kolbenkörper innerhalb eines Hohlraumes vorhanden ist, der zwischen der radial äußeren und inneren Wand eines Zylinderkörpers begrenzt wird, und bei der die Metallstege in einem Stück mit dem Kolbenkörper die Abdichtungseinrichtung liefern. Fig. 3 zeigt eine hydraulische Mutter 40, die sowohl eine Umkehrung der Nebeneinanderanordnung des Kolben- und bzw. des Zylinderkörpers 41, 42 mit Bezugnahme auf die Schraube 15 und den Abschnitt 13 der Vorrichtung, wie es im vorletzten Paragraphen erwähnt wird, als auch eine abweichende Konstruktion für die Begrenzung der Kammer, die selbst im Fachgebiet gut bekannt ist, veranschaulicht.
• Der Zylinderkörper 42 besitzt eine radial äußere Seitenwand 43, die axial länger ist als die radial innere Seitenwand 44, um den Wandabschnitt 45 des Zylinderkörpers und einen stufenartigen, ringförmigen Hohlraum 46 zu begrenzen, in dem der Kolbenkörper gleitet. Der Kolbenkörper besitzt eine radial äußere Seitenwand 47, die axial kürzer ist als die radial innere, mit einem Gewinde versehene Seitenwand 48 und begrenzt einen ringförmigen Hohlraum 49 mit gleichem Radius wie dem des 46, und begrenzt mit den ringförmigen Dichtungen 50, 51 die Flüssigkeitskammer 52.
• Eine Verriegelungseinrichtung in der Form eines innen mit Gewinde versehenen Sicherungsringes 53 wird auf der mit Gewinde versehenen äußeren Wand des Kolbenkörpers getragen und liegt dem Stirnseitenabschnitt 54 des radial äußeren Körperabschnittes 45 des Zylinderkörpers gegenüber.
• Wie mit Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben wird, ist der Sicherungsring durch eine Drehung um den Kolbenkörper herum positionierbar, wenn der hydraulische Druck in der Kammer die Schraube belastet, um an den Stirnseitenabschnitt 54 des Abschnittes 45 des Zylinderkörpers anzustoßen, und um danach gegen die axiale Bewegung durch einen Gewindeeingriff gehalten zu werden. Mindestens die Stirnseite 55 des Sicherungsringes und vorzugsweise der Stirnseitenabschnitt 54 des Zylinderkörpers sind ausgespart, um das radiale Gleiten des Wandabschnittes des Zylinderkörpers nach innen über die Fläche des Sicherungsringes zu gestatten, während die axiale Belastung übertragen wird.
• Ein hydraulisches Element in Übereinstimmung mit der Erfindung ist nicht auf den mit Gewinde versehenen Sicherungsring begrenzt, der durch den Kolbenkörper getragen wird, und der in eine angrenzende Beziehung zur Stirnseitenposition des Zylinderkörpers beweglich ist.
• Beispielsweise mit Bezugnahme auf Fig. 4, die einen Abschnitt einer hydraulischen Mutter 16' zeigt, der größtenteils der Mutter 16 in Fig. 2 entspricht, wird dahingegen unterschieden, daß die Verriegelungseinrichtung 60 aufweist: einen Sicherungsring 62, der eine ausgesparte Stirnseite 63 wie beim Ring 32 aufweist, aber ohne Gewinde und axial mit Bezugnahme auf die sich axial erstreckende äußere Seitenwand des Kolbenkörpers 26 frei beweglich; und eine Vielzahl von Unterlegscheiben 64, die um die Seitenwand des Kolbenkörpers herum zwischen dem Sicherungsring und dem Abschnitt 13 der Vorrichtung oder dem Unterlegscheibenelement 25', je nachdem was geeignet ist, angeordnet sind, so daß, wenn der Kammerdruck reduziert wird, die axiale Belastung auf den Zylinderkörper durch den Wandabschnitt 24 des Zylinders, den Sicherungsring 63 und die Unterlegscheiben 64 in die Vorrichtung übertragen wird.
• Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird der Sicherungsring 63 lose durch den Stirnseitenabschnitt 34 des Zylinderkörpers mittels der Schrauben 65 getragen, was die Anordnung der ausgesparten Stirnseite angrenzend an den Stirnseitenabschnitt 34 erleichtert, während die Unterlegscheiben eingefügt werden und keine Last aufgenommen wird, aber nicht die radiale Entspannung des Wandabschnittes des Zylinderkörpers stört, wenn die Last übertragen wird.
• Es wird erkannt, daß eine hydraulische Spanneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine andere Form als die einer hydraulischen Mutter aufweisen kann, bei der der Mutternkörper mit Gewinde versehen ist, damit er am mit Gewinde versehenen Bolzen- oder Schraubenelement gesichert werden kann. Sie kann die Form einer Hebevorrichtung annehmen, bei der der ringförmige Zylinderkörper (Fig.1, 2) oder der Kolbenkörper (Fig.3) anderweitig gesichert ist, um eine Spannung beim Element zur Anwendung zu bringen, oder einfach als Halterung für eine Abziehvorrichtung wirkt, die innen mit Gewinde versehen oder anderweitig so angepaßt ist, daß ein Eingriff mit einer Schraube oder dergleichen erfolgen kann.
• Die vorangehend angeführten Ausführungen sind auf die Einrichtung begrenzt, die die Form einer hydraulischen Mutter oder einer gleichartigen Hebevorrichtung für das Sichern des Endes eines länglichen Bolzen- oder Schraubenelementes aufweist.
• Es wird erkannt, daß die hydraulische Spanneinrichtung, wie in Fig. 5 gezeigt wird, die Form einer Schraube 70 mit einem mit Gewinde versehenen Ende 71, das am Abschnitt 72 der Vorrichtung gesichert ist, und mit einem Schaft 73, der sich vom Abschnitt 74 der Vorrichtung aus erstreckt, aufweisen kann. Der Schraubenkopf 75 entspricht der hydraulischen Mutter 16, die in Fig. 1 und 2 gezeigt wird, außer daß der Abschnitt, der der Mutternkörper 17 bei diesen Fig. war, ein integrierter Abschnitt des Schraubenkopfes ist. Die Betriebsweise und die Funktion des ausgesparten Sicherungsringes sind den hierin vorangehend beschriebenen analog und erfordern keine weitere Beschreibung. Es wird gezeigt, daß der Schraubenkopf einen Zylinderkörper bildet, der einen Kolbenkörper 76 aufnimmt, der einen Lastring bildet und einen Sicherungsring 77 trägt. Die Stirnseite 78 des Sicherungsringes ist ausgespart wie der Stirnseitenabschnitt 79 des Abschnittes des Zylinderkörpers radial nach außen von der Kammer, und die Betriebsweise ist so, wie sie hierin vorangehend für die hydraulische Mutter 16 beschrieben wird. Es wird erkannt, daß der Schraubenkopf als Kolbenkörper und der Lastring als Zylinderkörper analog der Fig. 3 ausgebildet sein können.

Claims (10)

1. Hydraulische Spanneinrichtung (16; 16'; 40; 70), die aufweist:

(i) einen ringförmigen Zylinderkörper (17; 42; 75), der eine Längsachse (11) umgibt, in dessen einen Stirnseite (19; 54; 34; 79) ein sich axial erstreckender Hohlraum (20; 46) ausgebildet ist, und der radial nach außen vom Hohlraum aus einen Wandabschnitt (24; 45) des Zylinderkörpers und einen Stirnseitenabschnitt (34; 54; 79) aufweist;

(ii) einen ringförmigen Kolbenkörper (25; 41; 76), der einen sich axial erstreckenden ringförmigen Kolbenabschnitt (26) aufweist, der sich in den Hohlraum hinein erstreckt und innerhalb dieses einen Gleitsitz bildet, um innerhalb des Zylinderkörpers eine Flüssigkeitskammer (29; 52) abzugrenzen;

(iii) eine Abdichtungseinrichtung (30; 31; 50; 51) für die Kammer;

(iv) eine Verriegelungseinrichtung (32; 53; 60; 77), die einen Sicherungsring (32; 53; 62; 77) umfaßt, der koaxial den Kolbenkörper umgibt und ein Ringende (33; 55; 63; 78) aufweist, das koaxial zum Stirnseitenabschnitt des Wandabschnittes des Zylinderkörpers ist und diesem gegenüberliegt; und

(v) einen Kanal (35) für die Zuführung der Flüssigkeit mit erhöhtem Druck zur Kammer, um diese beim Betrieb unter Druck zu setzen, und um die axiale Verschiebung zwischen dem Kolbenabschnitt und dem Zylinderkörper entgegen der axialen Körperbelastung zu bewirken, und um zu gestatten, daß die Verriegelungseinrichtung so angeordnet wird, daß das Ende des Sicherungsringes an den Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers anstößt; und für das Freigeben der Flüssigkeit aus der Kammer, um zu bewirken, daß deren Druckentlastung erfolgt, so daß die axiale Belastung zwischen dem Wandabschnitt des Zylinderkörpers und dem Sicherungsring übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (33; 55; 63; 78) des Sicherungsringes, das am Zylinderkörper liegt, ausgespart ist, um eine radial nach innen geneigte Fläche dem Stirnseitenabschnitt (34; 54; 79) des Zylinderkörpers bereitzustellen, um das Gleiten des Wandabschnittes des Zylinderkörpers radial nach innen über die Fläche des Sicherungsringes während der Übertragung der axialen Belastung zu gestatten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung in der Stirnseite (33; 55; 63; 78) des Sicherungsringes, die durch die geneigte Fläche begrenzt wird, einen Teil der Oberfläche einer Kugel aufweist, die zur Längsachse zentriert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung in der Stirnseite (33; 55; 63; 78) des Sicherungsringes, die durch die geneigte Fläche begrenzt wird, einen Teil der Oberfläche eines Kegels aufweist, der zur Längsachse zentriert ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Aussparung so flach ist, wie es mit der Fähigkeit des Stirnseitenenabschnittes (34; 54; 79) des Zylinderkörpers, mit Bezugnahme auf die Stirnseite (33; 55; 63; 78) des Sicherungsringes zu gleiten, vereinbar ist, während darauf die axiale Last ausgeübt wird, die durch den Ring aufgenommen wird.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Aussparung in der Größenordnung von 5º mit Bezugnahme auf die Normale zur Längsachse liegt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnseitenabschnitt (34; 54; 79) des Zylinderkörpers radial nach außen vom Hohlraum aus mit einer Neigung gebildet wird, die im wesentlichen zur Stirnseite des Sicherungsringes komplementär ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Stirnseitenabschnittes des Zylinderkörpers so ausgelegt ist, daß sie eine Ergänzung zu der Neigung der Aussparung ist, die aus der radial nach außen gerichteten Ablenkung der ausgesparten Stirnseite des Sicherungsringes unter der aufgenommenen Last infolge eines sich drehenden Kräftepaares resultiert, das durch die aufgenommene Last erzeugt wird, die radial nach außen durch die Reaktion auf diese an der mit Gewinde versehenen radial äußeren Wand des Kolbenabschnittes wirkt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung aufweist: einen Sicherungsring (62), der axial mit Bezugnahme auf eine axial sich erstreckende radial äußere Seitenwand des Kolbenkörpers (47) frei beweglich ist und eine Vielzahl von Unterlegscheiben (64), die so angeordnet sind, daß sie um den Kolbenkörper (26) herum vorhanden sind, um den Sicherungsring angrenzend am Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers und gegen die axiale Bewegung mit Bezugnahme auf den Kolbenkörperabschnitt zu halten.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der der Sicherungsring (62) lose auf dem Stirnseitenabschnitt (34) des Wandabschnittes des Zylinderkörpers getragen wird.

10. Verfahren für das Hervorrufen und Beibehalten einer Zugspannung in einem länglichen Element (15; 73), das sich von der Vorrichtung aus erstreckt, die eine Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche benutzt, das aufweist: Anordnen des Zylinderkörpers oder des Kolbenkörpers (17; 41; 75), der koaxial am Element so gesichert ist, daß der andere Körper (25; 40; 76) auf der Vorrichtung gehalten wird; Zuführen von Flüssigkeit mit erhöhtem Druck zur Kammer, um den Kolbenkörper axial mit Bezugnahme auf den Zylinderkörper zu verschieben, und um eine Zugspannung im Element hervorzurufen; Sichern des Sicherungsringes (32; 53; 62; 77) angrenzend am Stirnseitenabschnitt (34; 54; 34; 79) des Zylinderkörpers und gegen eine axiale Bewegung relativ zum Kolbenkörper; Verringern des Kammerdruckes so, daß die Zugspannung zwischen dem Stirnseitenabschnitt des Zylinderkörpers und dem Sicherungsring wirkt; und mindestens einmal ein erneutes Erzeugen eines Druckes in der Kammer, ein Sichern des Sicherungsringes angrenzend an der Zylinderkörperfläche und Verringern des Kammerdruckes.