KR102490220B1

KR102490220B1 - 볼트 장치, 결합 장치 및 결합 장치 장착 방법

Info

Publication number: KR102490220B1
Application number: KR1020170139914A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 린드그렌; 에릭 스코그
Original assignee: 아크티에볼라게트 에스케이에프
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2023-01-18
Also published as: US10962040B2; CN107989876A; JP6968658B2; US20180128301A1; DE102017218015A1; CN114001080A; JP2018080829A; KR20180045847A

Abstract

본 발명은 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10)에 관한 것이다. 상기 볼트 장치(10)는 볼트(20)의 종방향(A)으로 연장되는 외측 주변 표면(21)을 가진 볼트(20), 및 슬리브(30)의 제1 및 제2 축방향 단부(33, 34) 사이에서 슬리브(30)의 종방향(A)으로 연장되는 내측 주변 표면(32)과 외측 주변 표면(31)을 가진 슬리브(30)를 포함하되, 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 적어도 테이퍼형 프로파일을 가진다. 볼트(20)의 외측 주변 표면(21)의 한 부분(22)이 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)의 테이퍼형 프로파일과 실질적으로 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가진다. 슬리브는 제1 및 제2 축방향 단부(32, 34) 중 한 축방향 단부에서 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 부분(35)을 추가로 포함한다. 또한, 본 발명은 결합 장치(40) 및 결합 장치(40)를 장착하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

볼트 장치, 결합 장치 및 결합 장치 장착 방법{BOLT ARRANGEMENT, COUPLING ARRANGEMENT AND METHOD TO MOUNT A COUPLING ARRANGEMENT}

제1 양태에 따르면, 본 발명은 2개 이상의 기계적 요소를 연결하기 위한 볼트 장치에 관한 것이다. 제2 양태에 따르면, 본 발명은 결합 장치에 관한 것이다. 제3 양태에 따르면, 본 발명은 결합 장치를 장착하기 위한 방법에 관한 것이다.

개별적인 기계적 요소(mechanical element)를 기계적으로 고정하기 위하여, 예를 들어, 볼트(bolt)와 너트(nut)를 포함하는 볼트 장치가 사용될 수 있다. 몇몇 사용가능한 디자인의 볼트 및 너트 연결부, 가령, 볼트 헤드(bolt head)를 가진 볼트 또는 볼트 헤드가 없는 볼트, 원통형 또는 테이퍼형 섕크(tapered shank)를 가진 볼트, 하나 또는 그 이상의 스레드(thread)를 가진 볼트 등이 있다. 2개의 개별적인 기계적 요소를 연결하기 위한 볼트 장치의 한 예는 중앙의 테이퍼형 섕크의 각각의 측면 상에 외측 수 스레드(external male thread)를 가지며 상기 중앙의 테이퍼형 섕크를 관통하는 볼트이다. 또한, 볼트 장치는 볼트가 내부로 밀려 들어가서 상응하는 테이퍼형 표면(tapered surface) 사이에 반경 방향으로 압력-끼워맞춤(radial press-fit)이 생성되는 내측 테이퍼형 표면을 가진 슬리브를 포함한다. 이에 따라 슬리브가 반경 방향으로 팽창하게 될 것이다(radial expansion). 그러면, 2개의 개별적인 기계적 요소는 볼트 장치를 기계적 요소의 정렬된 관통-홀(through-hole)에 장착함으로써 함께 고정될 수 있다. 슬리브를 중앙의 섕크 상에서 밀면 즉 2개의 구성요소들을 서로에 대해 축방향으로 이동시키면, 반경방향 힘(radial force)이 볼트 사이의 표면, 슬리브 및 관통-홀의 내측 표면들을 압축시킬 것이다. 그러면, 두 기계적 요소는 두 구성요소 사이에 작용하는 마찰력(friction force)으로 인해 서로 고정될 것이다. 또한, 연결을 추가로 견고하게 하기 위하여(strengthening), 볼트는 두 관통-홀의 각각의 외측 면의 외부로 연장되며, 너트는 상기 측면에서 볼트와 너트 사이의 스레드형 연결부(threaded connection)에 의해 연결된다. 그에 따라, 볼트 장치는 두 기계적 요소를 매우 단단하고 견고하게 연결할 것이다. 상기 연결을 릴리스(release)하기 위해서는, 너트가 릴리스되어야 하고 슬리브를 섕크로부터 밀어냄으로써(driving off) 섕크와 슬리브 사이의 테이퍼형 연결(tapered connection)이 릴리스되어야 한다. 슬리브가 섕크로부터 릴리스되는 것은, 예를 들어, 짝 표면(mating surface) 사이에 압축유(pressurized fluid), 가령, 오일을 유입시킴으로써 구현될 수 있다. 오일을 용이하게 유입시키기 위하여, 중앙의 섕크 상에 오일이 분배될(distributed) 수 있는 나선형 홈(helical groove)을 이용하는 것이 알려져 있다.

본 발명의 목적은 개선된 볼트 장치와 결합 장치를 제공하여, 안정적이면서도 견고한 연결을 제공하고 볼트 장치를 용이하고 안정적으로 장착하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 독립청구항들의 특징들에 의해 구현된다. 대안의 실시예 및 바람직한 실시예들은 본 발명의 종속항들 및 발명의 상세한 설명에 기술된다.

제1 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 2개 이상의 기계적 요소(mechanical element)를 연결하기 위한 볼트 장치에 의해 구현되는데, 상기 볼트 장치는 볼트(bolt)의 종방향(longitudinal direction)으로 연장되는 외측 주변 표면(outer peripheral surface)을 가진 볼트, 및 슬리브(sleeve)의 제1 및 제2 축방향 단부(axial end) 사이에서 슬리브의 종방향으로 연장되는 내측 주변 표면(inner peripheral surface)과 외측 주변 표면을 가진 슬리브를 포함하되, 내측 주변 표면은 종방향으로 적어도 테이퍼형 프로파일(tapering profile)을 가지며, 볼트의 외측 주변 표면의 한 부분(portion)이 슬리브의 내측 주변 표면의 테이퍼형 프로파일과 실질적으로 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가진다. 또한, 슬리브는 제1 및 제2 축방향 단부 중 한 축방향 단부에서 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 부분을 추가로 포함한다. 한 실시예에서, 슬리브 상의 부분은 플랜지(flange)이다.

축방향 단부들 중 한 단부에서, 슬리브 상에 부분(또는 플랜지)이 있기 때문에, 장착 공정(mounting procedure)은 용이하게 수행될 것이다. 종래 기술의 볼트 장치에서, 슬리브는 볼트 장치가 위치되어야 하는 홀에 대해 정확하게 배열되지 않을 때의 상황이 있을 수 있었다. 가장 일반적으로는, 볼트 장치가 손 힘(hand force)을 이용하여 홀에 위치되고 장착되며, 만약 이러한 장착 공정이 부주의하게 수행되면, 홀과 슬리브가 서로에 대해 정확하게 위치되지 않게 될 수 있다. 새롭게 제안된 디자인의 슬리브를 이용하면, 이러한 문제는 방지될 수 있으며 따라서 볼트 장치가 항상 정확하게 장착될 수 있다. 또한, 장착 공정은 더 적은 개수의 공구(tool)를 이용하여 적은 단계들로 수행될 수 있으며, 그에 따라 볼트 장치를 장착하는 데 소요되는 시간이 줄어들 것이다.

장착 공정 동안, 텐셔너(tensioner)가 볼트를 끌어당겨(pull) (팽창되는) 슬리브 내로 밀려들어 올 수 있다. 장착 힘(mounting force)이 짝을 이루는 테이퍼형 표면(mating tapered surface)들 사이의 정지 마찰력(static friction)보다 크면, 볼트는 (팽창되는) 슬리브 내로 미끄러져 들어간다(slide into). 드물게는, 표면 질감(surface texture)으로 인해, 표면들 사이의 정지 마찰력이 평상시보다 더 크게 된다. 이는, 정지 마찰력을 극복하기 위해 장착 힘이 더 커야 되는 것을 의미하며, 그 경우, 반응력(reaction force)으로 인해, 종래 기술의 볼트 장치가 튀게 하고(jump), 슬리브는 그 위치로부터 빠져나올 수 있다. 최악의 경우, 볼트 장치를 해체해야 되며(dismount), 장착 공정 동안 슬리브가 그 위치로부터 튀어 나오지 않을 때까지, 장착 공정을 처음부터 다시 시작해야 할 필요가 있다. 새롭게 제안된 디자인을 이용하면, 이러한 문제점들은, 함께 결합된 기계적 요소들 중 한 기계적 요소와 접촉되는 부분으로 인해, 장착 공정 동안 슬리브가 고정 위치에 고정될 것이라는 사실로 인해, 해결될 것이다.

선택적으로는, 슬리브의 부분은 적어도 부분적으로 슬리브의 주변(circumference)으로 추가로 연장된다.

선택적으로는, 슬리브의 부분은 기계적 요소의 짝 표면(mating surface)과 접촉되도록 배열된다.

선택적으로는, 슬리브의 부분은 슬리브의 외측 주변 표면의 직경의 2-10%, 또는 바람직하게는 5-8%의 축방향 두께(axial thickness)를 가진다.

대안으로, 선택적으로는, 슬리브의 부분은 슬리브의 외측 주변 표면의 직경의 5-15%, 또는 바람직하게는 8-12%의 축방향 두께를 가질 수 있다.

선택적으로는, 슬리브의 부분의 외측 직경은 슬리브가 위치될 수 있는 홀의 홀 직경의 최대 150%까지 형성된다. 추가적인 한 실시예에서는, 슬리브의 부분의 외측 직경은 슬리브가 위치될 수 있는 홀의 홀 직경의 최대 130%까지 형성된다.

선택적으로는, 슬리브의 내측 주변 표면은 종방향으로 비-테이퍼형 프로파일(non-tapering profile)을 추가로 포함하되, 상기 비-테이퍼형 프로파일은 슬리브의 부분을 포함하는 축방향 단부에 인접하게 위치된다. 슬리브의 테이퍼형 프로파일은 슬리브의 전체 연장부(complete extension)를 따라 연장될 수 있을 뿐만 아니라, 한 실시예에서, 테이퍼형 프로파일은 슬리브의 연장부의 한 부분을 따라 연장될 수도 있다. 이 경우도, 테이퍼형 프로파일이 볼트의 테이퍼형 프로파일에 실질적으로 상응하게 하는 데 충분할 것이다. 종래 기술의 슬리브에 비해, 본 발명의 슬리브는 종방향 연장부(longitudinal extension)에서 더 큰 연장부를 가져야 할 수도 있다. 한 실시예에서, 비-테이퍼형 프로파일은 원통형 프로파일(cylindrical profile)이다. 또한, 비-테이퍼형 프로파일은 그 밖의 형태, 가령, 파동(wave) 형태의 프로파일도 가질 수 있다. 추가적인 한 실시예에서, 테이퍼형 프로파일이 슬리브의 내측 표면의 전체 연장부를 따라 연장되는 경우, 테이퍼형 프로파일은 연장부를 따라 상이하게 테이퍼링 될 수도 있다.

선택적으로는, 볼트의 외측 주변 표면은 테이퍼형 프로파일을 가진 볼트의 부분의 하나 이상의 축방향 측면(axial side) 상에서 외측 수 스레드(external male thread)를 추가로 포함한다.

선택적으로는, 볼트 장치는 하나 이상의 너트를 추가로 포함하되, 하나 이상의 너트는 외측 수 스레드와 일치하는 내측 암 스레드(internal female thread)를 가진다. 한 실시예에서, 하나 이상의 너트는 슬리브의 부분이 너트의 주변 홈(circumferential groove)에 수용될 수 있도록 구성된다.

제2 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 결합 장치에 의해 구현되는데, 상기 결합 장치는 본 발명의 제1 양태에 따른 하나 이상의 볼트 장치, 적어도 제1 홀을 가진 제1 기계적 요소를 포함하되, 상기 제1 홀은 관통-홀(through-hole)이며, 적어도 제2 홀을 가진 제2 기계적 요소를 포함한다. 대안의 한 실시예에서, 제2 홀도 관통-홀이다. 추가적인 한 실시예에서, 제2 홀은 블라인드 홀(blind hole)로서, 상기 블라인드 홀은 입구(inlet) 및 바닥(bottom)을 가진다. 제1 및 제2 홀은 서로 정렬되며(aligned) 하나 이상의 볼트 장치는 제1 및 제2 요소를 함께 기계적으로 고정시키기 위해 적어도 부분적으로 제1 및 제2 홀 내에 위치된다. 또한, 슬리브의 부분은 제1 또는 제2 기계적 요소 중 한 기계적 요소와 접촉된다. 본 발명의 제1 양태의 모든 실시예들이 본 발명의 제2 양태의 모든 실시예들에 적용되고 이들과 조합될 수 있으며, 그 반대로, 본 발명의 제2 양태의 모든 실시예들이 본 발명의 제1 양태의 모든 실시예들에 적용되고 이들과 조합될 수 있다는 사실에 유의해야 한다.

축방향 단부들 중 한 단부에서, 슬리브 상에 부분(또는 플랜지)이 있기 때문에, 장착 공정은 용이하게 수행될 것이다. 종래 기술의 결합 장치에서, 슬리브는 볼트 장치가 위치되어야 하는 홀에 대해 정확하게 배열되지 않을 때의 상황이 있을 수 있었다. 가장 일반적으로는, 볼트 장치가 손 힘을 이용하여 홀에 위치되고 장착되며, 만약 이러한 장착 공정이 부주의하게 수행되면, 볼트와 슬리브가 서로에 대해 정확하게 위치되지 않게 될 수 있다. 새롭게 제안된 디자인의 슬리브를 이용하면, 이러한 문제는 방지될 수 있으며 따라서 볼트 장치가 항상 정확하게 장착될 수 있다. 또한, 장착 공정은 더 적은 개수의 공구를 이용하여 적은 단계들로 수행될 수 있으며, 그에 따라 볼트 장치를 장착하는 데 소요되는 시간이 줄어들 것이다.

장착 공정 동안, 텐셔너가 볼트를 끌어당겨 (팽창되는) 슬리브 내로 밀려들어 올 수 있다. 장착 힘이 짝을 이루는 테이퍼형 표면들 사이의 정지 마찰력보다 크면, 볼트는 (팽창되는) 슬리브 내로 미끄러져 들어간다. 드물게는, 표면 질감으로 인해, 표면들 사이의 정지 마찰력이 평상시보다 더 크게 된다. 이는, 정지 마찰력을 극복하기 위해 장착 힘이 더 커야 되는 것을 의미하며, 그 경우, 반응력으로 인해, 종래 기술의 볼트 장치가 튀게 하고, 슬리브는 그 위치로부터 빠져나올 수 있다. 최악의 경우, 볼트 장치를 해체해야 되며, 장착 공정 동안 슬리브가 그 위치로부터 튀어 나오지 않을 때까지, 장착 공정을 처음부터 다시 시작해야 할 필요가 있다. 새롭게 제안된 디자인을 이용하면, 이러한 문제점들은, 결합 장치의 기계적 요소들 중 한 기계적 요소와 접촉되는 부분으로 인해, 장착 공정 동안 슬리브가 고정 위치에 고정될 것이라는 사실로 인해, 해결될 것이다.

선택적으로는, 슬리브의 부분은 기계적 요소의 관통-홀을 둘러싸고 관통-홀에 인접한 표면에서 제1 또는 제2 기계적 요소 중 한 기계적 요소와 접촉된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 제2 양태에 따른 결합 장치를 장착하기 위한 방법에 의해 구현되는데, 제1 및 제2 너트가 스레드형 연결부(threaded connection)에 의해 볼트의 테이퍼형 부분의 각각의 축방향 측면 상에 장착된다. 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:

1) 슬리브의 부분과 접촉하지 않는 기계적 요소의 관통-홀을 가진 한 표면과 접촉하도록 공구를 배열하는 단계,

2) 상기 공구에 의해 볼트에 제1 축방향 힘(axial force)을 생성시켜, 볼트가 슬리브에 대해 축방향으로 이동되고(displaced) 테이퍼형 표면들이 서로에 대해 밀려지는 단계, 및

3) 너트가 각각의 기계적 요소와 접촉하도록 너트를 조이는 단계.

위에서 언급된 부분을 포함하는 새로운 슬리브 디자인을 이용하면, 장착 공정은 더 적은 개수의 공구를 이용하여 적은 단계들로 수행될 수 있다. 종래 기술의 볼트 장치에서, 볼트 장치를 관통-홀에 장착하기 위해 하나보다 많은 공구를 사용할 필요가 있다. 우선, 볼트가 슬리브 내로 밀려 들어갈 때, 슬리브가 팽창되도록, 슬리브에 대해 밀리는 공구를 사용할 필요가 있다. 두 번째로, 볼트에 사전하중이 제공될 때에는 제2 공구를 사용할 필요가 있는데, 제2 공구는 기계적 요소들 중 한 기계적 요소의 한 측면 표면에 대해 밀려진다. 새롭게 제안된 디자인을 이용하면, 슬리브에 대해 밀리는 공구를 사용할 필요가 없는데, 이는 장착 공정 동안 슬리브의 부분이 위치되어 슬리브를 정확한 위치에 고정시키기 때문이다.

선택적으로는, 상기 방법은 추가로 다음 단계들을 포함한다:

4) 볼트에 제2 힘을 생성시켜 볼트 장치에 사전하중이 제공되도록 하기 위해 공구를 사용하여, 공구가 위치되는 측면에 배열된 기계적 요소의 표면과 너트 사이의 마찰력이 감소되는 단계, 및

5) 너트를 조여서 상기 표면들 사이의 마찰력이 증가되게 하는 단계. 대안의 한 실시예에서, 공구가 기계적 요소의 표면에 대해 밀릴 때 축방향 간격(axial gap)이 생성되며, 그 후, 너트가 조여져서 축방향 간격은 없어진다.

이제, 본 발명의 대표 실시예들과 종래 기술의 볼트 장치의 한 예가 첨부도면들을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다:
도 1은 종래 기술의 결합 장치를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 양태의 한 실시예에 따른 볼트 장치를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 양태의 한 실시예에 따른 결합 장치를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 제3 양태에 따른 장착 공정 동안 본 발명의 제2 양태의 한 실시예에 따른 결합 장치를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 제3 양태에 따른 장착 공정 동안 본 발명의 제2 양태의 한 실시예에 따른 결합 장치를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 제3 양태의 한 실시예에 따른 방법을 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬리브의 횡단면을 예시한 도면.
첨부도면들은 모두 본 발명의 대표 실시예들을 개략적으로 도시한 도면으로서 반드시 실측으로 도시되지는 않는다. 따라서, 본 발명에 도시되고 기술된 실시예들은 대표 실시예들이며 본 명세서에 기술된 실시예들에만 제한되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 첨부도면들의 몇몇 세부사항들은 본 발명을 보다 잘 기술하고 예시하기 위해 과장되어 도시될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.

도 1은 종래 기술에 이미 공지인 결합 장치(200)를 도시한다. 결합 장치는 2개 이상의 기계적 요소(210 및 220)를 연결하기 위한 수단인 볼트 장치(100)를 포함하되, 볼트 장치(100)는 볼트(110)의 종방향(A)으로 연장되는 외측 주변 표면(111)을 가진 볼트(110), 및 슬리브(120)의 종방향(A)으로 연장되는 내측 주변 표면(122)과 외측 주변 표면(121)을 가진 슬리브(120)를 포함한다. 내측 주변 표면(122)은 종방향(A)으로 테이퍼형 프로파일(tapering profile)을 가지는데, 볼트(110)의 외측 주변 표면(111)의 한 부분(112)이 슬리브의 내측 주변 표면(122)의 테이퍼형 프로파일과 실질적으로 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가진다. 결합 장치는 각각의 기계적 요소(210 및 220)에 대해 조여지는(tightened) 2개의 너트(230 및 240)를 추가로 포함한다.

도 2는 본 발명의 제1 양태의 한 실시예에 따른 볼트 장치(10)를 도시한다. 볼트 장치(10)는 2개 이상의 기계적 요소(도시되지 않음)를 연결하는 수단이다. 볼트 장치(10)는 볼트의 종방향(A)으로 연장되는 외측 주변 표면(21)을 가진 볼트(20), 및 슬리브(30)의 제1 및 제2 축방향 단부(33 및 34) 사이에서 슬리브(30)의 종방향(A)으로 연장되는 내측 주변 표면(32)과 외측 주변 표면(31)을 가진 슬리브(30)를 포함하되, 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 테이퍼형 프로파일을 가진다. 볼트(20)의 외측 주변 표면의 한 부분(22)이 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)의 테이퍼형 프로파일과 실질적으로 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가진다. 또한, 슬리브(30)는 제2 축방향 단부(34)에서 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 부분(35)을 추가로 포함한다. 도시된 실시예에서, 슬리브 상의 부분(35)은 플랜지(flange)로서 구성된다. 게다가, 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 비-테이퍼형 프로파일(36)을 추가로 포함하되, 상기 비-테이퍼형 프로파일(36)은 부분(35)을 포함하는 제2 축방향 단부(34)에 인접하게 위치된다. 또 다른 실시예에서, 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32) 상에서 테이퍼형 부분은 슬리브(30)의 전체 연장부(complete extension)를 따라 연장된다. 볼트(20)는 테이퍼형 프로파일을 가진 부분(22)의 각각의 축방향 측면(axial side) 상에서 제1 및 제2 스레드형 부분(25 및 26)을 추가로 포함한다. 스레드형 부분(25 및 26)은 상응하는 암 스레드(female thread)를 가진 너트(도시되지 않음)를 수용하기 위해 제공된다. 또한, 상기 실시예에서, 볼트(20)는 볼트 장치(10)의 해체(dismounting)를 용이하게 하기 위해 제공되는 유체(fluid)를 수용하기 위한 홈(27)을 포함한다. 스레드형 부분(25)과 테이퍼형 프로파일을 가진 부분(22) 사이에 허리 부분(waist portion)(23)이 위치되며, 스레드형 부분(26)과 테이퍼형 프로파일을 가진 부분(22) 사이에는 또 다른 허리 부분(24)이 위치된다. 또 다른 실시예에서, 볼트(20) 상에는 허리 부분이 없다.

도 3에서, 본 발명의 제2 양태의 한 실시예에 따른 결합 장치(40)가 도시된다. 결합 장치(40)는 본 발명의 제1 양태에 따른 하나 이상의 볼트 장치(10), 적어도 제1 관통-홀(411)을 가진 제1 기계적 요소(41), 및 적어도 제2 관통-홀(421)을 가진 제2 기계적 요소(42)를 포함한다. 볼트 장치(10)는 볼트(20)의 종방향(A)으로 연장되는 외측 주변 표면(21)을 가진 볼트(20), 및 슬리브(30)의 제1 및 제2 축방향 단부(33 및 34) 사이에서 슬리브(30)의 종방향(A)으로 연장되는 내측 주변 표면(32)과 외측 주변 표면(31)을 가진 슬리브(30)를 포함하되, 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 테이퍼형 프로파일을 가진다. 볼트(20)의 외측 주변 표면의 한 부분(22)이 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)의 테이퍼형 프로파일과 실질적으로 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가진다. 또한, 슬리브(30)는 제2 축방향 단부(34)에서 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 부분(35)을 추가로 포함한다. 도시된 실시예에서, 슬리브 상의 부분(35)은 볼트(20)를 둘러싸고(encircle) 슬리브(30)의 주변 방향으로 연장되는 플랜지로서 구성된다. 게다가, 상기 실시예에서, 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 비-테이퍼형 프로파일(36)을 추가로 포함하되, 상기 비-테이퍼형 프로파일(36)은 부분(35)을 포함하는 제2 축방향 단부(34)에 인접하게 위치된다. 볼트는 테이퍼형 프로파일을 가진 부분(22)의 각각의 축방향 측면 상에서 제1 및 제2 스레드형 부분(25 및 26)을 추가로 포함한다. 스레드형 부분(25 및 26)은 상응하는 암 스레드를 가진 너트(43 및 44)를 수용한다. 도면에서 볼 수 있듯이, 슬리브(30)의 부분(35)은 제2 기계적 요소(42)의 축방향 측면 표면(422)과 접촉되어 슬리브(30)가 볼트 장치(10)의 장착 공정 동안 미리 정해진 고정 위치에 위치될 수 있도록 배열된다. 상응하는 너트(44)는 너트의 주변 홈(441)에 위치되도록 배열되는데, 상기 주변 홈은 볼트(20)를 둘러싼다. 도시된 디자인으로, 너트(44)는 제2 기계적 요소(42)의 축방향 측면 표면(422)에 견고하게 조여질 수 있다. 제1 및 제2 관통-홀(411 및 421)은 서로 정렬되며(aligned) 하나 이상의 볼트 장치(10)는 제1 및 제2 기계적 요소(41 및 42)를 함께 기계적으로 고정시키기 위해 적어도 부분적으로 제1 및 제2 관통-홀(411 및 421) 내에 위치된다. 상기 기계적 요소(41 및 42)들은 슬리브가 반경 방향으로 팽창됨으로써(radial expansion) 고정되는데, 이는 볼트(20)가 슬리브(30) 내로 밀려가고(driven) 너트(41 및 42)가 상기 기계적 요소(41 및 42)의 측면 표면에 대해 조여지기 때문이다. 추가로, 상기 실시예에서, 유체 채널(28)을 볼 수 있다. 상기 유체 채널은 볼트 장치(10)의 해체 동안 짝 표면(mating surface)(22 및 32) 사이에, 유체, 가령, 오일(oil)을 유입시키기 위해 사용된다.

도 4는 본 발명의 제2 양태에 따른 결합 장치(40)의 한 실시예를 도시한 도면으로서, 공구(50)가 볼트(20)의 제1 스레드형 부분(25) 주위에 위치된다. 상기 실시예에서, 공구(50)는 제1 기계적 요소(41)의 축방향 측면 표면(412)에 대해 밀려지고(push) 너트(43)를 둘러싸는 슬리브 형태로 구성된다. 유압 텐셔너(60)가 공구(50) 외부에 축방향으로 장착되어 스레드형 연결부(25)에 의해 고정되는데, 텐셔너(60)는 공구(50)에 대해 밀려지도록 배열되어, 볼트(20)는 슬리브(30) 내로 밀려가고 슬리브(30)가 반경 방향으로 팽창되게 한다. 본 발명의 제3 양태에 따른 장착 공정의 상기 단계에서, 제2 기계적 요소(42)의 축방향 측면 표면(422)과 너트(44) 사이에는 축방향 간격(axial gap)이 있다. 슬리브의 부분(35)은 장착 공정의 상기 단계 동안 미리 정해진 고정 위치에 슬리브(30)를 고정시킬 수 있다. 따라서, 슬리브(30)가 반경 방향으로 팽창되는 동안 슬리브(30)를 정확한 위치에 고정시키는 개별 공구가 제공될 필요가 없다. 도 4에 표시된 도면부호들에 대한 추가적인 설명은 이 부분에서 언급되지 않으며, 예를 들어, 도 2 및 도 3에서 상세하게 기술된 설명에서 찾아볼 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 양태에 따른 결합 장치(40)의 한 실시예를 도시한 도면으로서, 볼트(20)의 제1 스레드형 부분(25) 주위에 공구(50)가 위치된다. 도 5의 공구(50)는 도 4에 도시된 공구(50)와 똑같을 수 있다. 이 점에 있어서, 본 발명의 제3 양태에 따른 장착 공정의 추후 단계들이 더 설명될 것이다. 상기 단계에서, 슬리브(30)는 관통-홀(411 및 421)에서 반경 방향으로 팽창되며 이제 볼트 장치는 너트(43 및 44)를 추가로 조임으로써 사전하중을 받게 된다(preloaded). 공구(50)는 텐셔너(60)가 공구(50)에 대해 밀려질 때 제1 기계적 요소(41)의 표면(412)에 대해 밀릴 것이다. 그 후, 너트(43)는 공구(50)의 반경방향 개구(51)에 의해 추가로 조여질 수 있으며, 특정의 사전하중(preload)이 구현될 수 있다. 슬리브의 부분(35)은 슬리브가 그 위치에 유지되도록 다시 고정된다. 따라서, 상기 특정 디자인으로, 임의의 추가적인 공구 없이도, 볼트 장치(10)의 사전하중 및 반경방향 팽창을 수행할 수 있다. 도 5에 표시된 도면부호들에 대한 추가적인 설명은 이 부분에서 언급되지 않으며, 예를 들어, 도 2 및 도 3에서 상세하게 기술된 설명에서 찾아볼 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 양태에 따른 방법의 한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 상기 방법은 5개의 단계를 포함한다. 본 발명의 제2 양태에 따른 결합 장치를 장착하기 위한 방법이 도시되는데, 제1 및 제2 너트가 스레드형 연결부에 의해 볼트의 테이퍼형 부분의 각각의 축방향 측면에 장착된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

2) 공구에 의해 볼트에 제1 축방향 힘(axial force)을 생성시켜, 볼트가 슬리브에 대해 축방향으로 이동되고(displaced) 테이퍼형 표면(tapering surface)들이 서로에 대해 밀려지는 단계, 및

3) 너트가 각각의 기계적 요소와 접촉하도록 너트를 조이는 단계. 상기 실시예에서, 이 방법은 다음의 단계를 추가로 포함한다:

4) 볼트에 제2 힘을 생성시켜 볼트 장치에 사전하중이 제공되도록 하기 위해 공구를 사용하여, 공구가 위치되는 측면에 배열된 기계적 요소의 표면과 너트 사이의 마찰력(friction force)이 감소되는 단계, 및

5) 너트를 조여서 기계적 요소와 너트 사이에 제공되는 마찰력이 증가되게 하는 단계. 상기 방법의 한 실시예에서, 공구가 표면에 대해 밀려질 때 축방향 간격이 생성되며, 그 후 너트가 조여져서 축방향 간격은 없어진다.

도 7에서, 본 발명의 한 실시예에 따른 슬리브(30)의 횡단면도를 볼 수 있다. 상기 도면에서, 부분(35)(이 경우, 플랜지로서 구성된)은 축방향 내측면 상에서 부분(35)의 반경방향에 대해 경사진(angled) 축방향 측면 표면(351)을 가진다. 기계적 요소(42)(도 7에서는 도시되지 않음)의 상응하는 표면(422)과 접촉해야 하는 표면인 측면 표면(351)은 접촉되어야 하는 표면 즉 상응하는 기계적 요소의 측면 표면을 향해 상기 부분(35)으로부터 각도(Δ)만큼 경사진다. 볼트 장치가 장착될 때 생성되는 힘(F)으로 인해, 측면 표면(351) 각도(Δ)는 상기 표면이 장착 후에 각도(Δ)를 구현하여 부분(35)의 반경 방향으로 배열되고 실질적으로 수직 방향으로 배열되도록 감소될 수 있다. 또한, 이에 따라, 슬리브(30)를 포함하는 볼트 장치의 연결이 개선될 수 있는데, 즉 상기 표면(351)에 작용하는 힘들이 보다 균일하게 분배될 수 있다. 슬리브 표면(351)에 작용하는 힘을 계산하고 예측함으로써, 표면(351)의 각도(Δ)는 상기 표면에 하중이 분배되는 것이 최적화되도록 구성될 수 있다. 한 대안의 실시예에서, 측면 표면(351)은 부분(35)의 반경 방향으로 배열되고 실질적으로 수직 방향으로 배열된 각도(Δ)를 포함한다.

본 발명은 본 명세서에 기술되고 예시된 실시예들과 이점들에만 제한되는 것이 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 그 밖의 실시예들과 변형예들이 가능하다.

Claims

2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10)로서, 상기 볼트 장치(10)는:
볼트(20)의 종방향(A)으로 연장되는 외측 주변 표면(21)을 가진 볼트(20), 및
슬리브(30)의 제1 및 제2 축방향 단부(33, 34) 사이에서 슬리브(30)의 종방향(A)으로 연장되는 내측 주변 표면(32)과 외측 주변 표면(31)을 가진 슬리브(30)를 포함하되, 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 적어도 테이퍼형 프로파일을 가지며, 볼트(20)의 외측 주변 표면(21)의 한 부분(22)이 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)의 테이퍼형 프로파일과 일치하는 상응하는 테이퍼형 프로파일을 가지는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10)에 있어서,
슬리브(30)는 제1 및 제2 축방향 단부(32, 34) 중 한 축방향 단부에서 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 부분(35)을 포함하고,
볼트(20)의 외측 주변 표면(21)은 테이퍼형 프로파일을 가진 볼트(20)의 부분(22)의 하나 이상의 축방향 측면 상에서 외측 수 스레드(25, 26)를 포함하고, 상기 볼트 장치(10)는 외측 수 스레드(25, 26)와 일치하는 내측 암 스레드를 가지는 하나 이상의 너트(43, 44)를 포함하며,
하나 이상의 너트(43, 44)는 너트가 기계적 요소(41, 42)에 접촉할 때 슬리브(30)의 부분(35)을 수용하기 위한 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제1항에 있어서, 슬리브(30)의 부분(35)은 적어도 부분적으로 슬리브(30)의 주변으로 추가로 연장되는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제2항에 있어서, 슬리브(30)의 부분(35)은 플랜지로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브(30)의 부분(35)의 슬리브(30) 측을 향하는 측면(351)은 부분(35)의 반경 방향에 대해 슬리브(30) 측으로 각도(Δ)만큼 기울어지는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브(30)의 상기 부분(35)은 기계적 요소의 짝 표면과 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브(30)의 내측 주변 표면(32)은 종방향(A)으로 비-테이퍼형 프로파일(36)을 추가로 포함하되, 상기 비-테이퍼형 프로파일(36)은 부분(35)을 포함하는 축방향 단부(34)에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
제6항에 있어서, 상기 비-테이퍼형 프로파일(36)은 원통형 프로파일인 것을 특징으로 하는, 2개 이상의 기계적 요소(41, 42)를 연결하기 위한 볼트 장치(10).
결합 장치(40)에 있어서, 상기 결합 장치(40)는:
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 볼트 장치(10),
적어도 제1 홀(411)을 가진 제1 기계적 요소(41)를 포함하되, 상기 제1 홀(411)은 관통-홀(411)이며,
적어도 제2 홀(421)을 가진 제2 기계적 요소(42)를 포함하되,
제1 및 제2 홀(411, 421)은 서로 정렬되며, 하나 이상의 볼트 장치(10)는 제1 및 제2 요소(41, 42)를 함께 기계적으로 고정시키기 위해 적어도 부분적으로 제1 및 제2 홀(411, 421) 내에 위치되며, 슬리브(30)의 부분(35)은 제1 또는 제2 기계적 요소(41, 42) 중 한 기계적 요소와 접촉되는 것을 특징으로 하는 결합 장치(40).
제8항에 있어서, 슬리브(30)의 부분(35)은, 접촉하는 기계적 요소(41, 42)의 홀(411, 421)을 둘러싸고 홀(411, 421)에 인접한 표면(412, 422)에서 제1 또는 제2 기계적 요소(41, 42) 중 한 기계적 요소와 접촉되는 것을 특징으로 하는 결합 장치(40).
제8항에 있어서, 상기 슬리브는 제1 및 제2 기계적 요소(41, 42) 중 하나와 축 방향으로 완전히 중첩되고 다른 하나와 부분적으로 축 방향으로 중첩되도록, 상기 슬리브의 길이는 상기 제1 홀(411) 및 제2 홀(421) 중 하나의 길이보다 길고, 제1 및 제2 홀(411, 421)이 일렬로 배열된 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 결합 장치(40).
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