DE7223731U - Schraubverbindung - Google Patents

Description

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4.Dezember 1972 g.th 71 715

Tokyo Shibaura Electric Company Limited 72 Horlkawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi Kanagawa-ken, Japan

Schraubverbindung

Die Neuerung betrifft eine Schraubverbindung mit einem beidendlg mit Gewinde ausgestatteten Schraubbolzen und diesem zugeordneten Muttern sowie eine Vorrichtung zum Dehnen des Schraubenbolzens vor Anziehen der Muttern. Insbesondere betrifft sie hochbelastbare Schraubverbindungen, wie sie für die Befestigung bzw. Verbindung von Teilen von mit hohem Druck beaufschlagten Verkleidungen oder Ummantelungen benutzt werden.

Turbinen, wie sie bspw. für Turbogeneratoren in Kraftwerken verwendet werden, und entsprechende Pumpen weisen nicht nur erhebliche Abmessungen auf, sie werden auch mit hohem Druck beaufschlagt. Die entsprechend zu dimensionierenden Gehäuse oder Ummantelungen derartiger Maschinen werden ihrer Größe wegen zweckmäßig in Teilen hergestellt, die bei der Montage zusammengestellt und fest miteinander verbunden werden. Üblicherweise werden zum Verbinden solcher Gehäuse- oder Ummantelungsteile sowie deren Befestigung Schraubverbindungen angewandt, deren Schraubendurchmesser der Größenordnung von 100 mm bis 200 mm aufweisen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei hohen Betriebsdrücken und den durch diese bewirkten starken Belastungen derartige Schraubverbindungen sich als mangelhaft erweisen.

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Eine Verbesserung wird bei Schraubverbindungen erreicht, die nach Anziehen der Muttern auf die zu verbindenden Teile aufgeschrumpft werden. Es sind Schraubenbolzen bekannt, in die Heizelemente derart einsetzbar sind, daß sie sich in deren Längsrichtung erstrecken und bei Beaufschlagung den Schraubenbolzen zu erhitzen und auszudehnen Vermögens Ist· cli<? vorgegebene Temperatur und damit der vorgegebene Expansionszustand erreicht, so werden die Muttern fest auf die Schraubenbolzen aufgezogen und die Heizelemente abgeschaltet bzw. aus den Schraubbolzen entfernt. Die Schraubenbolzen kühlen nunmehr ab, kontrahieren und verstärken die durch Anziehen der Muttern aufgebrachte axiale Spannung durch ihr Schrumpfen.

Wenn derartige Schraubverbindungen zum Verbinden und Befestigen von Gehäusewandungen für Turbinen oder Pumpen auch die Stabilität der Verbindung sowie der erstellten Gehäuse verbessern, so weisen sie doch eine Reih?, von Nachteilen auf. So weisen sowohl die Heizelemente als auch die sie aufnehmenden Schraubbolzen einen komplizierten Aufbau auf, und ihre·,' Handhabung sind sowohl kostspielig als auch schwierig und insbesondere zeitraubend. Insbesondere sind die Herstellungskosten der Heizelemente hoch, ihr Einbringen und Ausbauen erfordert besondere Montagearbeiten, die Erwärmungsund Abkühlungszeiten fallen stark ins Gewicht, und weiterhin erschwert wird der Einsatz durch die geringe Lebensdauer der Heizelemente. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die von den Heizelementen bewirkten hohen Temperaturen auch noch andere, unerwünschte Dehnungen hervorrufen oder aber auch Wärmeschäden bewirken können, welche die zu verbindenden Bauteile schädigen und die erzielte Verbindung beeinträchtigen können.

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Die Neuerung geht von der Aufgabe aus, eine Schraubverbindung zu schaffen, die zur Erzielung einer Schrumpfverbindung bei einfachem Aufbau kurzzeitig definiert reckbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem eine der einem Schraubbolzen der bezeichneten Gattung zugeordneten Muttern von einer einen Schaftbereich des Schraubbolzens dicht umfassenden Buchse Untergriffen ist, und indem unterhalb des Schaftbereiches ein durch diesen kolbenartig abgeschlossener, mittels; Druckmittel beaufschlagbarer Druckraum als Vorrichtung zur Dehnung des Schraubbolzens gebildet wird. Durch Druckbeaufschlagung läßt sich der Schraubbolzen kurzzeitig und definiert dehnen und nach Anziehen der Muttern wiederum entlasten, so daß eine hochbelastbare Schrumpfverbindung erzielt wird, mit deren Hilfe widerstandsfähige, aus Teilen gebildete Gehäuse oder Ummantelungen für Turbinen, Pumpen oder dgl, hoher Stabilität geschaffen werden können, die auch höchsten Betriebsdrücken standzuhalten vermögen.

Bewährt hat es sich, in den Schraubenbolzen einen •Zuführungskanal einzuarbeiten, durch welchen dem Druckraum Druckmittel zuführbar ist. Mit Vorteil weist der Schraubbolzen einen den Schaftbereich bildenden Bund auf. Als nachahmenswert wurde erkannt, das Ende der Buchse durch einen Boden abzuschließen, der mit einer zentralen Öffnung einen Bereich des Schraubbolzens dichtend umfaßt, dessen Durchmesser den des Bundes unterschreitet.

Als nachahmenswert wurde erkannt, den Bund und den darunterliegenden Schaftbereich gegen die Buchse und deren zentrale öffnung durch O-Ringe abzudichten.

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Die O-Ringe können in einfacher Weise fixiert sein, indem sie in Ausnehmungen des Schraubbolzens gehalten sind. Zum Abdichten des Druckraumes hat es sich andererseits auch bewährt, in diesem eine ringschlauch'-artige, flexible sowie dehnbare Flüssigkeitskammer vorzusehen. Zweckmäßig ist die Flüssigkeitskammer vorzugsweise einstückig mit einer Zuleitung ausgestattet, die sich in den Zuführungskanal erstreckt, und über die Druckmittel zuführbar ist.

Im einzelnen ist die Neuerung anhand der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele i±i Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:

Fig. 1 geschnitten zwei miteinander zu verbindende Bleche, die von einer Schraubverbindung durchgriffen werden, deren Druckkammer mittels O-Ringen abgedichtet ist, und

Fig. 2 in gleichartiger Darstellung das eine, die Druckkammer aufweisende Ende einer Schraubverbindung, deren Druckkammer durch eine elastische Flüssigkeitskammer abgedichtet ist.

In Fig. 1 sind geschnitten owie abgebrochen zwei Teile 32 und 34 der Gehäusewandung einer Turbine oder einer Pumpe dargestellt, die einander überlappen und jeweils zentrisch übereinanderstehende Bohrungen 3o bzw. 31 aufweisen. Die Bohrungen 3o und 31 werden durch eine die Teile 32 und 34 gegeneinander verspannende Schraubverbindung Io durchgriffen.

Durch die Bohrungen 3o bzw. 31 erstreckt sich ein Schraubenbolzen 12, dessen beide Enden 16 bzw. 2o

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mit Außengewinden 14 bzw. 18 ausgestattet sind, mit denen sie Muttern 44 und 46 aufnehmen.

Vom Außengewinde 14 aus erstreckt sich ein erster zylindrischer Schaftbereich 22, der mittels des Ansatzes 24 in einen zylindrischen Schaftbereich 26 etwas größeren Durchmessers übergeht. Zwischen dem zylindrischen Schaftbereich 26 und dem Ende 2o des Schraubenbolzens 12 ist ein zylindrischer Bund 28 vorgesehen, dessen Durchmesser den des zylindrischen Schaftbereiches 26 überschreitet. Zwischen der Mutter 46 und Teil 32 ist eine die Mutter unterfangende Buchse 36 angeordnet, welche mit ihrer Bohrung den Bund 28 dichtend umfängt, und die nach unten durch einen Boden 4o abgeschlossen ist, der mit einer zentralen Öffnung 42 ausgestattet ist, die ihrerseits den zylindrischen Schafthareich 26 dichtend umgreift. Zwischen der Innenfläche des Bodens 4o und der ihm zugewandten Flanke 54 des Bundes 28 wird eine Druckkammer 56 gebildet, die durch in Ausnehmungen des zylindrischen Schaftbereiches 26 bzw. des Bundes eingelegte O-Ringe 66 bzw. 64 abgedichtet ist. Von einer Ausnehmung 49 der Stirnfläche 5o des Endes aus erstreckt sich ein bis zur Druckkammer reichender Kanal 48, in dessen oberem Ende das freie Ende einer abgebrochen dargestellten Hochdruck-Schlauchleitung 58 mittels einer Mutter 6o sowie eines Nippels 62 befestigt ist.

Beim Herstellen der Verbindung wird der Schraubenbolzen 12 zunächst durch die zentrale Öffnung 42 im Boden 4o der Buchse 36 und dann durch die Bohrungen und 31 in den Teilen 32 und 34 von Turbinengehäusewandungen so eingeführt, daß der Ansatz 24 des Schraubbolzens auf der freien Wandung des Teiles 32 aufliegt

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und die Flanke 54 des Bundes 28 auf dem Boden 4o der Buchse 36 aufliegt oder kurz über dieser steht. Nunmehr wird die erste der Muttern, Mutter 44, auf das freie Ende 16 bis zum Aufliegen auf Teil 34 der Gehäusewandung angezogen, und, falls dies nicht "bereits vorher erfolgte, wird die Mutter 46 auf das Ende 2o des Schaubbolzens 12 aufgeschraubt.

Nunmehr kann die zu einem Druckflüssigkeitsbehälter bzw. einer Druckpumpe führende Hochdruck-Schlauchleitung 58 mittels Nippel 62 und Mutter 6o mit dem Kanal 48 fest verbunden werden und durch Beaufschlagung der Hochdruck-Schlauchleitung Druckmittel, bspw. Drucköl, in die Druckkammer 56 eingebracht werden. Die Druckkammer ist, wie bereits beschrieben, durch die O-Ringe 64 und 66 beidseitig abgedihtet, und die Buchse 36 mit Boden 4o wirkt hierbei wie ein Zylinder mit Zylinderboden, während die Flanke 54 des kolbenartig wirkenden Bundes 28 mit den durch das Druckmittel entwickelten Kräften beaufschlagt wird. Diese Kräfte bewirken eine Längsdehnung des Schraubbolzens 12, und zwar insbesondere von dessen zylindrischem Schaftbereich 22, wobei die Kräfte durch die Mutter 44 am anderen Ende des Schraubbolzens abgestützt werden Ist durch entsprechende Druckbeaufschlagung das gewünschte Ausmaß der Längsdehnung des Schraubbolzens 12 erreicht, so wird die ggf. erst jetzt aufgeschraubte Mutter 46 angezogen, bis sie sich fest auf das obere Ende 38 der Buchse 36 abstützt. Nunmehr kann die Druckkammer 56 entlastet werden, die durch Vorspannen erzielte elastische Dehnung des Schraubbolzens 12 bildet sich zurück, und dieser kontrahiert und legt sich fest zum beabsichtigten schrumpf sitz auf die Buchse 36 auf. Diese wiederum liegt auf Teil 32 auf, so daß die Teile 32 und 34 zwischen den

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Muttern 46 und 44 über die Buchse 36 verspannt sind und die gewünschte intensive, feste Verbindung erreicht ist.

Eine weitere Ausführung der Neuerung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei aus Fig. 1 bekannte Teile mit gleichen Bezeichnungen übernommen sind. Der wesentliche Unterschied zur Ausführung der Fig. 1 besteht darin, daß bei dieser die Abdichtung der Druckkammer 56 durch Dichtungsringe 64 bzw. 66 bewirkt wird, wcuücend bei. dsif AuSfuhirtmg «ash Picf. ε die OxuckiCcoiiniSX 69 durch eine besondere, ringschlauchartig ausgebildete und aus flexiblem sowie dehnbarem Material bestehende Flussigkeitskammer 68 ausgekleidet ist. Diese elastische Flüssigkeitskaramer kann aus Gxanmi, einem elastischen, dehnbaren Kunststoff oder anderem flüssigkeitsdichtem Material hergestellt sein und ist in dia Druckkammer 69, deren Innenraum ausfüllend, eingelegt. Einstückig mit der Flüssigkeitskammer 68 ist eine Zuleitung 67 erstellt, die in ihrem ersten Bereiche 7o schlauchförmig geführt ist, während sie am freien Ende, durch die Buchse 74 gespreizt, sich zum eingespannten Trichter 72 erweitert. Die Buchse kann, wie angedeutet, durch einen Gewindeansatz, der in ein Innengewinde des Trichters 72 eingreift, gehalten oder laschenartig gegen die Stirnfläche 5o verspannt sein. Mit der Buchse 74 ist die Hochdruck-Schlauchleitung 58 verbunden. Nach dem Einschrauben bzw. Verspannen liegt der untere Bereich 76 der Buchse' 74 bündig auf der Stirnfläche 5o des Endes 2o des Schraubenbolzens 12 auf.

Die Montage der Schraubverbindung und damit deren Herstellen erfolgt entsprechend der Montage der Anordnung nach Fig. 1. Auch hier kann im extremen Fall

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der Schraubenbolzen 12 mit der Dichtungsvorrichtung, der Flüssigkeitskammer 68, ausgestattet sein, und deren Zuführung kann durch die Mündung 52 des Kanals hindurchgezogen sein. Zum Schütze der Flüssigkeitskammer 68 kann die Buchse 36 bereits über Flüssigkeitskammer 68 und Bund 28 geschoben sein, und auch die Mutter 4^6 kann schon auf das Außengewinde l8 des freien Endes 2o des Schraubenbolzens 12 aufgeschraubt sein. Andererseits kann auch bspw. die Buchse 36 auf Teil 32 aufgesetzt oder mit diesem in ei^er herkömmlichen V/eise bereits verbunden sein. Mit dem freien Ende l6 wird der Schraubenbolzen 12, wenn dies noch nicht erfolgt ist, durch die zentrale öffnung im Boden 4o gesteckt, und er wird durch die Teile 32 und 34 einer Pumpenverkleidung geführt. Auf das auf der anderen Seite heraustretende freie Ende l6 wird die Mutter 44 so festgeschraubt, daß der Ansatz 24 zur Auflage auf die die Bohrung 30 umgebenden Bereiche des Teiles 32 gelangt. Nunmehr wird der Druckmittelanschluß hergestellt, indem die Buchse 74 in den Trichter 72 eingeführt und gegen diesen verspannt wird.

Die Druckleitung wird nunmehr mit Druckmittel beaufschlagt, das ία die Flüssigkeitskammer 68 eintritt und hier Kräfte ausübt, welche auf die es umgebenden Wandungen übertragen werden, während ein Austritt von Druckmittel durch die dichtende Wirkung der geschlossenen Druckmittelkammer 68 verhindert wird« Der die untere Flanke des Bundes 28 belastende Druck versucht diese zu heben, so daß Bund 28 nach Art eines Kolbens wirkt und der Schraubenbolzen 12 elastisch vorgespannt und gereckt wird. Nunmehr kann die Mutter 46 festgezogen werden. Nach Entlastung der Druckkammer 68 und damit des Druckraumes 69 läßt die Dehnung der Schraube nach, und sie spannt beim Kontrahieren zwischen ihren Pmttern 46 und 44 über die Buchse 36 die Teile

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ύ 32 und 34, hierbei die gewünschte Schrumpfverbindung 1

herstellend. |

Die neuerungsgemäße Schraubverbindung erlaubt ein genau dosiertes Recken und Aufschrumpfen einer Schraubverbindung, wobei der jeweilige Spannungszustand an Manometern der Druckmittel-Versorgungsanlage leicht ablesbar und daher ggf. auch kontrollierbar ist. Die jeweilige zum Recken bzw. Schrumpfen benötigte

Zeit ist äußerst geringfügig, und auch durchgeführte I

Korrekturen wirken sich praktisch sofort aus. Unerwünschte Dehnungs- und Spannungserscheinungen in angrenzenden Bauteilen, sowie insbesondere deren thermische Belastung sind ausgeschlossen. Die Betriebskosten werden gegenüber bekannten vorreckbaren Schraubverbindungen drastisch reduziert, indem ein- |

fache, ggf. durch Muskelkraft betriebene Vorrichtungen ^!i

zum Liefern von Druckmitteln jeweils nur kurzzeitig mit der betreffenden Schraubverbindung zu verbinden und praktisch beliebig oft wiederholbar verwendbar sind. Ebenso leicht gestaltet sich der Vorgang des |

Lösens, und auch ein Vorrecken zur Kontrolle der I

Schraubverbindung ist ggf. wirtschaftlich durchführbar. |

Die Neuerung ist einer Reihe von Varianten fähig. . f

So können bspw. die Buchsen 36 von Anfang an über §

den Bund 28 geschoben und damit bereits vor der Montage Bestandteil des Schraubbolzens sein, so daß Dichtungsringe 64 und 66 bzw. Flüssigkeitskammern 68 geschützt sind. Sie können aber auch lose beigegeben oder mit einem der Teile 32 fest verbunden sein. Der Sitz kann dadurch gesichert werden, daß das dan Bund überragende Ende mit VorSprüngen, bspw. einer die Wandung der Buchse 36 durchgreifenden Schraube oder einem entsprechenden Stift, ausgestattet sind, welche den Bund 28 hintergreifen. Auf den besonderen Ansatz 24

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und dessen Funktion kann ggf. verzichtet werden; es hat sich aber bewährt, den die Teile durchgreifenden Bereich des Schaftes des Schraubenbolzens 12 mit geringerem Durchmesser auszuführen als die übrigen Teile und den Übergang so auszuführen, daß eine Kerbwirkung ausgeschlossen ist. Auch das Ende 16 kann daher mit stärkerem Durchmesser ausgeführt sein als der Schaftbereich 22, und äer "bSiXfancj kann «lit sinsis.". Kerbwirkung ausschließenden Durchmesser ausgeführt werden. In jedem Falle ergibt sich eine einfach aufgebaute und einfach zu bedienende Vorrichtung, welche das Herstellen vorgereckter, aufgeschrumpfter Verbindungen hoher Belastbarkeit gestattet.

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Claims (8)

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   K. Dezember 1972 g.th 71

   Tokyo Shibaura Electric Company Limited, Horikawa-Cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan

   S chutζ ansprüche

   Ir Schraubverbindung mit einem beidendig mit Gewinden ausgestatteten Schraubbolzen und diesen zugeordneten Muttern sowie einer Vorrichtung zum elastischen Dehnen des Schraubenbolzens vor Anziehen der Muttern, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Muttern (46) von einer einen Schafthereich (28) des Schraubbolzens dicht umfassenden Buchre (?*$) Untergriffen ist, und daß unterhalb des Schaftbereiches ein durch diesen kolbenartig abgeschlossener, mitteis Druckmittel beaufschlagbarer Druckraum (56, 69) als Vorrichtung zum Dehnen des Schraubenbolzens gebildet wird.
2. 2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schraubenbolzen (12) ein Kanal (48) eingearbeitet ist, durch welchen <?.em Druckraum (56, 69) Druckmittel zuführbar ist.
3. 3. SchraubenVerbindung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenbolzen (12) einen den Kraftbereich größeren Durchmessers bildenden Bund (28) aufweist.

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4. 4. Schraubverbindung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Buchse (36) durch einen Boden \4o) abgeschlossen; ist, der mit einer zentralen Öffnung (42) einen Bereich (26) des Schraubenbolzens (12) dichtend umfaßt, dessen Durchmesser den des Bundes (28) unters chreitet.
5. 5. Schraubverbindung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (281 und der darunterliegende SeLrft= bereich (26) gegea. die Buchse (36) und deren zentrale Öffnung (42) durch O-Ringe (64, 66) abgedichtet sind.
6. 6. Schraubverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die O-Ringe (64, 66) in Ausnehmungen des Schraubenbolzens (12) gehalten sind.
7. 7. Schraubverbindung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckraum (69) eine ringschlauchartige, flexible sowie dehnbsre Flüssigkeitskammea: (681 vorgesehen ist.
8. 8. Schraubverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (58) einstückig mit einer Zuleitung (67) ausgestattet ,-st, welche äün Kanal (48) durchgreift.