JP6649822B2 - ねじボルトに応力を加えるテンショニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじボルトのねじ端部において引張り応力を加えるテンショニング装置であって、
円筒状ハウジングであって、該円筒状ハウジングは、固定された当接ベースに対して支持されておりかつ少なくとも１つのピストンを有し、該ピストンは、円筒状ハウジングにおいて長手方向に可動でありかつ液圧供給部に接続可能である、円筒状ハウジングと、
切替可能なスリーブであって、該切替可能なスリーブは、ピストンの中央を通って延びており、その端部において、ねじ端部に螺合することができる係合長さを備える雌ねじ山を有しており、スリーブには、ピストンに形成されたキャリヤ面によって軸方向に移動させられるように設計された半径方向に拡張した部分が設けられている、切替可能なスリーブと、を備える、ねじボルトのねじ端部において引張り応力を加えるテンショニング装置に関する。

国際公開第２００８／０９２７６８号は、これらの特徴を有する、液圧式に機能するボルトテンショニング装置を開示している。ねじボルトに応力を加えるために、下端部においてねじボルトに螺合するための雌ねじ山が設けられた切替可能なスリーブが、テンショニング装置の円筒状ハウジングに配置されている。切替可能なスリーブは、テンショニング装置の液圧式に作動されるピストンによって軸方向に移動させることができ、このために、半径方向に拡張したフランジまたはカラーが設けられている。

複数の切替可能なスリーブを有するボルトテンショニング装置も、例えば独国特許出願公開第１０２０１０００６５６２号明細書によって開示されている。この場合、内側の切替可能なスリーブは、外側の切替可能なスリーブに対して軸方向に可動であり、外側の切替可能なスリーブに対して予め付勢されている。切替可能なスリーブに螺合させた後、ボルトは、２つの液圧式に作動されるピストンによって軸方向にテンションをかけられ、ピストンは、外側及び内側の切替可能なスリーブを同時に軸方向に移動させる。全体的なプレテンショニング力は、内側の切替可能なスリーブのねじ山と、外側の切替可能なスリーブのねじ山とによってボルトの２つの別々のねじ山に伝達される。

国際公開第２０１０／０５４９５９号によって開示されたボルトテンショニング装置の場合にも、ねじボルトは、ねじボルトのねじ山に係合した切替可能なスリーブによって軸方向で応力を加えられる。このスリーブは、直列に配置されたテンショニング装置のピストンによって軸方向に移動させることができ、切替可能なスリーブは、その上端部の近くにねじ山が設けられており、このねじ山に、最も上側のピストンによってアンダカットされたフランジまたはカラーが螺合させられる。切替可能なスリーブの周囲に配置されたばね配列は、カラーに対して、さらに加えて、切替可能なスリーブに対して支持されており、これにより、切替可能なスリーブは常に、最も上側のピストンに対して支持される。切替可能なスリーブをねじボルトに螺合させるために、テンショニング装置が上方からねじボルトに取り付けられ、ねじボルトの軸線を中心に回転させられ、これにより、切替可能なスリーブはねじボルトの自由なねじ部分に螺合させられる。

テンショニング装置をこのようにして螺合させ、軸線を中心にして回転させることは、時間がかかり、このようなボルトテンショニング装置の重量を考えると厄介である。さらに、重いテンショニング装置を取り付けることは時には、切替可能なスリーブのねじ部分とねじボルトとの時には激しい、制御されない衝突につながり、これは、関連するねじ山に損傷を生じることがある。

本発明の課題は、テンショニング装置における設計手段を介して、ボルトテンショニングシリンダを取り付けている間に切替可能なスリーブがねじボルトと早期接触することを回避し、関連するねじ山への損傷を防止することである。

このために、一般的なタイプのテンショニング装置は、切替可能なスリーブがピストンに対して長手方向に可動であり、切替可能なスリーブの長手方向移動は、一方では第１の長手方向ストッパとしてのキャリヤ面と、他方では第２の長手方向ストッパとによって規定されており、長手方向移動は、少なくとも切替可能なスリーブの雌ねじ山の係合長さと等しく、好適には少なくとも切替可能なスリーブの雌ねじ山の係合長さよりも大きい。

このように構成されたテンショニング装置により、テンショニング装置を取り付けるときに切替可能なスリーブにおけるねじ山とねじボルトにおけるねじ山との早期接触は生じることができず、これにより、関連するねじ山に対する望ましくない損傷が、この取付け状況において回避される。

テンショニング装置の１つの発展形によれば、切替可能なスリーブは、ばねの力を受けて第２の長手方向ストッパに対して支持されている。ばねは、切替可能なスリーブをボルトテンショニング装置内の基本位置に自動的に配置し、この基本位置においては、切替可能なスリーブは、ボルトテンショニングシリンダをねじボルトに取り付けるときに切替可能なスリーブとねじボルトのねじ端部との間に接触がまだ生じない程度に上方へ後退させられている。切替可能なスリーブはばねの力に抗してのみねじボルトに向かって移動させることができ、その後に初めて、切替可能なスリーブをねじボルトのねじ端部に、関連するねじ山の係合によって螺合させる。

別の発展形によれば、切替可能なスリーブを後退させて保持するばねは、切替可能なスリーブの長手方向部分を包囲しかつその第１の端部によって切替可能なスリーブに対して支持されたコイルばねである。ばねは、好適には、その第２の端部によって円筒状ハウジングにおける面に対して支持されている。加えて、ばねの第１の端部は、好適には、雌ねじ山から遠い方の端部において切替可能なスリーブに設けられたカラーに対して支持されている。このカラーは、好適にはねじ結合によって切替可能なスリーブに固定された端部片に形成されてもよい。

別の発展形によれば、テンショニング装置のピストンには、切替可能なスリーブの半径方向に拡張した部分を受け入れるために、所定の長さのキャビティが設けられており、拡張した長手方向部分が切替可能なスリーブの長手方向移動にわたってキャビティ内で可動になっている。この場合、キャビティは、端面まで延びたピストンの壁部によって包囲されており、ばねは、一方ではこの端面に対して、他方では円筒状ハウジングに対して支持されている。壁部の外側は好適には円筒状であり、円筒状ハウジングの内壁とともに、ピストンの長手方向ガイドを形成している。

別の発展形は、円筒状ハウジングに固定されかつ雌ねじ山から遠い方の切替可能なスリーブの端部を包囲するソケットを特徴とし、一方では端部に、他方ではソケットに、整合マークが設けられている。切替可能なスリーブにおけるマークは好適には視覚的なマーク、例えば色彩またはコントラストマークであり、ソケットにおけるマークは好適にはソケットにおけるのぞき窓である。この発展形では、視覚的マークは、切替可能なスリーブがキャリヤ面に当接したときにのみのぞき窓において外部から見ることができ、これによりテンショニングを開始することができる。

その他の詳細および利点は、図面に示された典型的な実施の形態の以下の説明から明らかになる。

ねじボルトと整列して適用されかつベースに支持された、液圧式に機能するねじボルトテンショニング装置の簡略化した断面図を示している。 取付け状況の別の経過における同じねじボルトテンショニング装置を示している。 テンショニングプロセス中の同じねじボルトテンショニング装置を示している。

ここで説明される液圧式に作動されるテンショニング装置は、高応力ボルト結合を締め付け、主に締め付け直し、場合によっては緩めもするために機能する。テンショニング装置は、所定の時間にわたってボルトの長手方向でねじボルト３に所定のプレテンショニング力Ｆ（図３）を加え、その間にねじボルト３に螺合させられたボルト結合部のナット４を締め付けるまたは締め付け直すために使用される。

テンショニング装置の中央に配置された切替可能なスリーブ１０は、一方の端部に、雌ねじ山１１を有するスリーブ部分が設けられている。テンショニングプロセスを開始する前に、雌ねじ山１１は、ナット４を超えて突出したねじボルト３のねじ端部３Ａに螺合させられる。次いで、このようにしてねじボルト３に螺合させられた切替可能なスリーブ１０は、力Ｆを加えることによって液圧式に緊張させられ、これにより、長手方向でねじボルトに応力を加え、軸方向に締め付ける。これによってナット４の下側が持ち上がり、ほとんど抵抗なくナット４を回転させ、これにより締め付けることができる。

液圧式テンショニング機構は、耐圧円筒状ハウジング１によって包囲されている。このハウジング１は、複数の円筒状部分を含むモジュールアセンブリであってもよい。円筒状ハウジング１の剛性の、下方への継続部分は、ナットを包囲する支持管２を形成している。支持管２は、円筒状ハウジング１と一体的に形成されているか、または択一的に、円筒状ハウジングとは別個の構成部品、例えば円筒状ハウジングに取り付けることができる構成部品であってもよい。支持管２は、下側において開放しており、テンショニングプロセスにおいて台として機能する固定されたベース８に支持されている。ここで説明される典型的な実施の形態では、ベース８は、ナット４もその下側において支持されている機械部分である。加えて、支持管２の開口９を通って機能する、ナット４を回転させるために作動する機構が設けられてもよい。この回転はもちろん、テンショニング装置が作動している、すなわちボルトに応力を加えており、従ってナット４が大きな摩擦を受けていないときにのみ可能である。

円筒状ハウジング１の側部には液圧接続部７が設けられており、この液圧接続部７を介して、テンショニング装置の液圧作動チャンバは、外部液圧供給部へ、弁制御されるように接続されている。

円筒状ハウジング１は、液圧接続部７とフレキシブルな耐圧液圧ラインとを介して外部液圧供給部に接続された、１つまたは択一的に複数の液圧シリンダを有する。長手方向に可動なピストン１５は各液圧シリンダに配置されており、シリンダの内壁に対して封止されている。ここで説明される典型的な実施の形態では、１つのシリンダステップのみ、ひいては１つのピストン１５のみが設けられている。

ピストン１５は、シリンダの液圧作動チャンバ１８内へ液圧を供給することによって上昇させられる。この上昇は、上方からピストン１５に作用する強いばね１７からの圧力とは反対方向に生じる。ここでのばね１７は、互いに上下に積層された、ひいては連続して接続された環状ディスクばねを含む。ばね１７は、ピストン戻しばねとして機能し、ピストン１５を、液圧作動チャンバ１８が最小となる図１および図２に再現された基本位置に保持しようとする力を、ピストン１５に直接に作用させる。

ピストン１５は、切替可能なスリーブ１０を環状に包囲している。ピストン１５の内縁には周方向段部が設けられており、この周方向段部は、ベース８から遠い方にキャリヤ面２１を形成しており、このキャリヤ面２１に、切替可能なスリーブ１０が、切替可能なスリーブ１０に固定された半径方向に拡張した部分２５によって支持されている。これにより、切替可能なスリーブ１０をピストン１５によって軸方向に移動させることができる。

切替可能なスリーブは、３部構造であり、狭い本体２４と、半径方向に拡張した部分２５を形成するフランジと、端部片２６とから成る。

切替可能なスリーブの本体２４は、テンショニング装置の長手方向軸線を中心にして配置されており、ボルト側端部において、ねじボルト３に螺合するための雌ねじ山１１が設けられている。半径方向に拡張した部分２５を形成するフランジは、本体２４に螺合させられ、これにより、剛性のユニットを形成している。端部片２６は、切替可能なスリーブ１０の他方の端部、すなわちねじ山１１から遠い方の端部に配置されている。端部片２６も、本体２４に螺合されており、これにより、本体２４とともに剛性のユニットを形成している。

切替可能なスリーブ１０の上端部には、多面体２８が設けられており、この多面体２８に、第１に切替可能なスリーブ１０を円筒状ハウジング１に対して回転させ、第２に切替可能なスリーブを長手方向にねじボルト３に向かって移動させるために、標準的な商業的な工具を適用することができる。ここに説明される典型的な実施の形態では、この移動は、第１の端部によって切替可能なスリーブ１０に対して、第２の端部によって円筒状ハウジング１に対して支持された、ばね３０の力とは反対方向に行われる。ばね３０は、切替可能なスリーブ１０が通常は、第２の長手方向ストッパ２２に支持される位置を占めることを保証する。

ここでの第２の長手方向ストッパ２２の機能は、ピストン１５に作用する強いばね１７の下側によってなされる。このばね１７は、切替可能なスリーブに対して当接するばね３０よりも著しく強いまたは堅い。

ばね３０は、切替可能なスリーブ１０の狭い長手方向部分を包囲するコイルばねの形態を成す。ばね３０は、切替可能なスリーブに、切替可能なスリーブの本体２４に直接ではなく、切替可能なスリーブのカラーを形成する端部片２６に支持されている。

ピストン１５には壁部４２が設けられており、この壁部４２は、キャビティを包囲し、ばね１７がその下端部によって支持されている端面４３まで長手方向に延びている。ばね１７の他方の端部は、内側から円筒状ハウジング１の面に対して支持されている。壁部４２の外側は円筒状であり、円筒状ハウジング１の内壁とともに、ピストン１５の長手方向ガイドの一部を形成している。

図１に再現されているように、ボルトテンショニングシリンダをねじ結合部に取り付けるときにねじボルト３の雄ねじ山への切替可能なスリーブ１０のねじ山１１の激しい衝撃を回避し、これによりねじ山に対する損傷を防止するために、切替可能なスリーブの部分２５が長手方向に、第１の長手方向ストッパ２１に対する当接位置と、長手方向ストッパ２２に対する当接位置との間で移動することができる最大長手方向移動距離Ｌ２は、少なくとも雌ねじ山１１の係合長さＬ１と等しく、好適にはこの係合長さよりも幾分大きい。ここで係合長さＬ１とは、切替可能なスリーブ１０がねじ端部３Ａに完全に螺合されたときにねじ山１１がねじボルト３と係合している長さのことをいう。

ピストン１５に対して長手方向に可動であるように切替可能なスリーブ１０を配置することにより、切替可能なスリーブ１０は、テンショニング装置内の基本位置を占め、この基本位置において、ピストン１５に当接するのではなく、むしろその部分２５によって第２の長手方向ストッパ２２に対して当接している。これは、テンショニング装置の取付けの間、切替可能なスリーブのねじ山１１とねじ端部３Ａのねじ山との間には接触がまだ生じることはできず、これにより、図１に再現されたこの取付け状況では、損傷の可能性が排除されることを保証する。切替可能なスリーブ１０の最も外側の端部まで延びるのではなく、その最も外側の端部における雌ねじ山１１が、短いねじ山のないカラー３５によって置き換えられることを妨げない。このカラー３５は、図１に示した状況においては長手方向でねじボルト３に幾分重なり合っている。カラー３５は、ねじボルト３におけるテンショニング装置の初期センタリングを簡単にするために機能する。しかしながら、カラー３５はねじ山構造を有さないので、ねじボルト３の雄ねじ山を損傷しにくい。

テンショニング装置が、図１に示されたねじボルト３と整列するようにベース８に定着させられると、図２に再現された次のステップにおいて、切替可能なスリーブ１０がねじ端部３Ａに螺合させられる。このために、適切な工具、例えばボルト工具が、平坦な面２８に適用され、雌ねじ山１１がボルト３の雄ねじ山と係合するまで切替可能なスリーブ１０をまずねじボルト３に向かって移動させるために使用される。次いで、工具のさらなる回転は螺合動作につながる。この螺合動作では、ピストン１５のキャビティ内の切替可能なスリーブ１０の部分２５が、最終的にこの部分２５が第１の長手方向ストッパ２１に当接するまで、長手方向移動距離Ｌ２をカバーする。図２に再現されたこの状況において、雌ねじ山１１はその係合長さＬ１全体にわたってボルト３の雄ねじ山に係合する。

図２に示されたこの状況において、端部片２６に配置されたマーク３７は、正確に、ソケット４０に配置されたのぞき窓３８と同じ高さになる。ソケット４０は、円筒状ハウジング１に固定されており、雌ねじ山１１から遠い方の切替可能なスリーブ１０の端部を包囲している。切替可能なスリーブの複数の側に存在するマーク３７は、ここでは端部片２６の周方向溝に配置された色彩またはコントラストマークである。カウンターマークを形成するソケット４０ののぞき窓３８を通じて十分に認識可能であるならば、溝自体もマーク３７として適している。図２に示したように２つのマーク３７，３８が同じ高さにおいて相前後して位置しているならば、これは、機器のオペレータに対して、切替可能なスリーブ１０がねじボルトのねじ端部３Ａに完全に、すなわち、そのねじ係合長さＬ１の全体にわたって螺合させられており、テンショニングプロセスを開始することができることを示す。

このテンショニングプロセスは図３に再現されている。作動チャンバ１８における液圧を受けて、ピストン１５は上昇させられ、キャリヤ面２１に支持された切替可能なスリーブを、ピストン１５とともに移動させる。ねじボルト３は応力を加えられて締め付けられ、ナット４の下側とベース８との間に間隙が形成される。次いで、ナット４は、好適には開口９を通じて、労力のない回転により締め付け直すことができる。

既に説明したマーク３７，３８の下方または上方に配置された第２のマーク４７，４８は、テンショニングプロセスを監視するために機能する。切替可能なスリーブにおける環状マーク４７は、カウンターマークとして機能するソケット４０におけるのぞき窓４８と同じ高さに配置されると、この調和した位置決めから、機械オペレータに、最大許容テンショニング移動距離に達したことを知らせることが明らかである。

１ 円筒状ハウジング
２ 支持管
３ ねじボルト
３Ａ ねじ端部
４ ナット
７ 液圧式接続部
８ ベース
９ 開口
１０ 切替可能なスリーブ
１１ 雌ねじ山
１５ ピストン
１７ ばね
１８ 液圧式作動チャンバ
２１ キャリヤ面、第１の長手方向ストッパ
２２ 第２の長手方向ストッパ
２４ 本体
２５ 半径方向に拡張した部分
２６ 端部片
２８ 多面体、平坦な面
３０ ばね
３５ カラー
３７ マーク
３８ マーク
４０ ソケット
４２ 壁部
４３ 端面
４７ マーク
４８ マーク
Ｆ プレテンショニング力
Ｌ１ ねじ係合長さ
Ｌ２ 長手方向移動距離

Claims (12)

1. ねじボルトのねじ端部において引張り応力を加えるテンショニング装置であって、
   円筒状ハウジング（１）であって、該円筒状ハウジング（１）は、固定された当接ベース（８）に対して支持されておりかつ少なくとも１つのピストン（１５）を有し、該ピストン（１５）は、前記円筒状ハウジング（１）において長手方向に可動でありかつ液圧供給部に接続可能である、円筒状ハウジング（１）と、
   切替可能なスリーブ（１０）であって、該切替可能なスリーブ（１０）は、前記ピストン（１５）の中央を通って延びており、その一端において、前記ねじ端部に螺合することができる係合長さ（Ｌ１）を備える雌ねじ山（１１）を有しており、前記スリーブには、前記ピストン（１５）に形成されたキャリヤ面（２１）によって軸方向に移動させられるように設計された半径方向に拡張した部分（２５）が設けられている、切替可能なスリーブ（１０）と、を備える、ねじボルトのねじ端部において引張り応力を加えるテンショニング装置において、
   前記切替可能なスリーブ（１０）が前記ピストン（１５）に対して長手方向に可動であり、前記切替可能なスリーブ（１０）の長手方向移動距離（Ｌ２）は、一方では第１の長手方向ストッパとしての前記キャリヤ面（２１）と、他方では第２の長手方向ストッパ（２２）とによって規定されており、前記長手方向移動距離（Ｌ２）は、前記切替可能なスリーブ（１０）の前記雌ねじ山（１１）の前記係合長さ（Ｌ１）以上であり、
   前記第２の長手方向ストッパ（２２）は、一方では前記ピストン（１５）に対して、他方では前記円筒状ハウジング（１）に対して支持された第１のばね（１７）の下側によって規定される
   ことを特徴とする、ねじボルトのねじ端部において引張り応力を加えるテンショニング装置。
2. 前記切替可能なスリーブ（１０）は、前記切替可能なスリーブ（１０）の長手方向部分を包囲し、前記切替可能なスリーブ（１０）の他端に配置されたカラーに支持されている第２のばね（３０）の力を受けて前記第２の長手方向ストッパ（２２）に対して支持されている、請求項１記載のテンショニング装置。
3. 前記第２のばね（３０）は、前記第１のばね（１７）よりも弱い、請求項２記載のテンショニング装置。
4. 前記第２のばね（３０）は、前記切替可能なスリーブ（１０）の長手方向部分を包囲しかつその第１の端部によって前記切替可能なスリーブ（１０）に関して支持されたコイルばねである、請求項２または３記載のテンショニング装置。
5. 前記第２のばね（３０）は、その第２の端部によって前記円筒状ハウジング（１）における面に対して支持されている、請求項４記載のテンショニング装置。
6. 前記第２のばね（３０）の前記第１の端部は、前記雌ねじ山（１１）から遠い方の端部において前記切替可能なスリーブ（１０）に設けられたカラーに対して支持されている、請求項４記載のテンショニング装置。
7. 前記カラーは、ねじ結合によって前記切替可能なスリーブ（１０）に固定された端部片（２６）に形成されている、請求項６記載のテンショニング装置。
8. 前記ピストン（１５）は、前記切替可能なスリーブ（１０）の前記半径方向に拡張した部分（２５）を受け入れるために、所定の長さのキャビティを有しており、これにより、前記長手方向部分（２５）が前記長手方向移動距離（Ｌ２）にわたって前記キャビティにおいて可動であり、該キャビティは、端面（４３）まで延びた前記ピストン（１５）の壁部（４２）によって包囲されており、前記第１のばね（１７）は、一方ではこの端面（４３）に対して、他方では前記円筒状ハウジング（１）に対して支持されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のテンショニング装置。
9. 前記壁部（４２）の外側は円筒状であり、前記円筒状ハウジング（１）の内壁とともに、前記ピストン（１５）の長手方向ガイドを形成している、請求項８記載のテンショニング装置。
10. 前記円筒状ハウジング（１）に固定されかつ前記雌ねじ山（１１）から遠い方の前記切替可能なスリーブ（１０）の端部を包囲するソケット（４０）が設けられており、一方では前記端部に、他方では前記ソケット（４０）に、整合マーク（３７，３８；４７，４８）が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載のテンショニング装置。
11. 前記切替可能なスリーブ（１０）における前記マーク（３７，４７）は、視覚的なマークであり、前記ソケット（４０）における前記マーク（３８，４８）は、のぞき窓である、請求項１０記載のテンショニング装置。
12. 前記視覚的なマーク（３７）は、前記切替可能なスリーブ（１０）が前記キャリヤ面（２１）に当接したときにのみ前記のぞき窓（３８）において外部から見ることができる、請求項１１記載のテンショニング装置。

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