WO2007062730A1 - Nut for highly stressed screws and bolts - Google Patents

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WO2007062730A1
WO2007062730A1 PCT/EP2006/010617 EP2006010617W WO2007062730A1 WO 2007062730 A1 WO2007062730 A1 WO 2007062730A1 EP 2006010617 W EP2006010617 W EP 2006010617W WO 2007062730 A1 WO2007062730 A1 WO 2007062730A1
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WO
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Prior art keywords
nut
thread
bearing surface
force
measuring device
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/010617
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg Hohmann
Frank Hohmann
Original Assignee
Hohmann Joerg
Frank Hohmann
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Filing date
Publication date
Application filed by Hohmann Joerg, Frank Hohmann filed Critical Hohmann Joerg
Publication of WO2007062730A1 publication Critical patent/WO2007062730A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load

Definitions

  • the invention relates to a nut for heavily loaded screws and bolts.
  • Standard washers have an outer diameter that corresponds to the corner dimension of a standard nut. This results in a larger bearing surface than in the use of only a hex nut, the Anflambaungen are inscribed in a circle with the diameter of the corner measure.
  • Both the commercially produced nuts and the washers used therewith are manufactured with relatively large tolerances with respect to the angle of the bearing surface of the nut to the thread axis and with respect to the parallelism of the bearing surfaces of the washers.
  • the threaded bolt to be clamped can be pierced along its entire length, and a dipstick can be inserted into this bore, the length of which should essentially correspond to the threaded bolt length and which does not participate in the elongation of the threaded bolt, so that the elongation of the threaded bolt results from the difference in length between the dipstick and the threaded bolt.
  • a measuring method which consists in determining the threaded bolt expansion from the measured nut rotation angle, since there is a constant relationship between the nut rotation angle and the threaded bolt expansion due to the respective thread pitch.
  • this measuring method it is necessary to first screw the nut until the play-free setting of all components to be clamped by the threaded bolt and to consider only the nut rotation angle from the thus determined joining point.
  • the two known measuring methods make it possible to determine the threaded bolt expansion due to the pressurization of the hydraulic threaded bolt tensioning device with sufficient accuracy and to automate the tightening of large screws largely, but require an increased expenditure on equipment.
  • the invention is based on the object to provide a nut for heavy-duty screws, which replaces a standard hexagon optionally in conjunction with a standard washer, has no major space and is easy and inexpensive to manufacture and direct measurement of remaining, effective bias force allowed.
  • a nut for highly loaded screws and bolts is proposed according to the invention a cylindrical portion with a diameter approximately equal to the corner of a standard hex nut for the respective thread diameter, a support surface, by machining the thread and this support surface in a single clamping runs exactly perpendicular to the thread axis, an embodiment of the thread for distributing the power transmission to a plurality of threads, starting from the support surface in such a way that the nut thread is rotated at a distance of at least one thread from the support surface and / or more directed to the bearing surface threads
  • Muttemgewindes are turned out conical, arranged on the bearing surface facing away from the end of the cylindrical portion training for positive engagement of a nut turning tool, and integrated into the cylindrical portion e, preferably adjacent to the support surface arranged, the bearing force of the nut and thus the screw biasing force measuring force measuring device comprises.
  • the cylindrical portion having a diameter approximately equal to the corner of a standard hex nut for the respective thread diameter mother of the invention requires no more space than a standard hex nut, but has a larger contact surface, whereby the surface pressure is reduced to the base material. Furthermore, the nut is inherently stiffer than a standard hexagon nut of the same size, which results in a lower setting loss during clamping.
  • the distribution of power transmission to several threads, starting from the support surface can be done in different ways.
  • a very simple means is to turn the nut thread, starting from the support surface at a distance of at least one thread turn.
  • Another possibility may be to turn out some conically directed to the bearing surface threads of the nut thread, starting from the bearing surface, tapering tapered.
  • the integrated into the cylindrical portion of the nut force measuring device allows to measure the bearing force of the nut and thus the screw biasing force.
  • this force measuring device directly measures the effective preload force remaining after setting all the elements of the bolted joint. If the screw connection is applied in the usual way by turning the nut, the screw clamping force arising during turning can also be measured continuously. By far it is possible to repeatedly or continuously measure the remaining effective biasing force with a time interval, whereby a decrease in the biasing force can be seen and take appropriate measures to prevent failure of the screw connection.
  • the nut may be provided with a wireless output for the force measuring device, via which a connection to an external measured value conversion and display device can be established. This connection only works if the external measured value conversion and display device falls within the wireless range
  • Output of the force measuring device is brought. If a continuous measurement of the biasing force is desired, it is advantageous to form the output of the force measuring device as a plug connection, by means of which a cable connection to the external measured value conversion and display device can be produced.
  • all nuts can be connected via such a cable connection with a central Meßwertumsetz- and -an Selfevorraum that continuously performs the measurements, logs and optionally generates a message when the biasing force of individual or all screw connections change over time in a security impairing way.
  • the overall height of the nut according to the invention may at least approximately correspond to the height of a standard hex nut, preferably approximately the height of a standard hex nut for the respective thread diameter plus the thickness of a corresponding standard washer.
  • the space of the nut according to the invention is not greater than that of a standard hexagon nut in conjunction with a standard washer, however, the mother of the invention can be much higher load for clamping highly loaded screws and bolts, as a distribution of the load to a larger number Threading occurs and the mother due to the cylindrical portion has a significantly higher stiffness than an equally sized standard hex nut.
  • the nut according to the invention can be used according to the invention and preferably for tightening highly stressed screws by means of a hydraulic screw clamping cylinder.
  • a hydraulic screw tensioning cylinder is described in DE 196 38 901 A1 the same applicant. Due to the design in the upper area of the nut as a hexagon or multi-tooth, the suit is also possible with standard manual or hydraulic wrenches.
  • the invention will be described by way of example with reference to a sectional view of the nut according to the invention shown in the drawing.
  • the nut according to the invention consists of a cylindrical portion 1 whose outer diameter corresponds to the corner of a standard hex nut for the same thread diameter.
  • the nut is provided with a support surface 2 which extends as accurately as possible perpendicular to the axis 3 of the nut of its internal thread 4. This exactly vertical course of the support surface 2 with respect to the axis 3 is achieved in that the processing of the nut thread 4 and the support surface 2 are carried out in one clamping.
  • the nut thread 4 adjacent to the bearing surface 2 be provided with a recess 6 whose axial height corresponds at least approximately to a thread. Furthermore, it is possible to achieve a distribution of the power transmission to a plurality of threads by a tapered recess 7 of the bearing surface 2 directed towards the threads.
  • the recess 6 and the tapered recess 7 are combined.
  • the total height H of the nut according to the invention may at least approximately correspond to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter, but should preferably approximately correspond to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter plus the thickness of a corresponding standard washer, while the amount of training 5 should amount to the positive engagement of a Muttemwindtechnikmaschines not more than a third of the total height H of the mother according to the invention.
  • a force measuring device 8 Adjacent to the bearing surface 2 of the nut, a force measuring device 8 is integrated in the cylindrical region 1, which measures the bearing force of the nut and thus the bolt prestressing force.
  • This force measuring device 8 can be designed in different ways. It can act inductively or capacitively, consist of a resistance measuring bridge with expansion strips or of a piezoelectric element.
  • an output 9 for the force measuring device 8 is arranged.
  • This output 9 may be formed as a plug connection, so that it can be connected to a cable 11, which is connected to an external Meßwertumsetz- and - display device 10.
  • Several provided with the force measuring device 8 nuts can be connected via such cable 11 with a central external Meßwertumsetz- and -an Selfevorraum 10, which makes an evaluation of the measurement signals from the various measuring points, logs and emits a signal, for example, if impermissible changes in the biasing force single or all screw connections result.
  • the output 9 can also be designed as a wireless output, in the vicinity of which the external measured value conversion and display device 10 can be brought to record case by case at each individual nuts the measured value of the screw biasing force.
  • This embodiment is particularly simple and advantageous when a single measurement of the screw biasing force after tightening the screw connection is sufficient.
  • a hydraulic screw tensioning cylinder according to DE 196 38 901 A1 of the same applicant is used for clamping a screw connection in conjunction with the nut according to the invention, a knurling of the cylindrical portion 1 is sufficient, since in this case the screw to be tensioned by the hydraulic screw tensioning cylinder to the predetermined length is stretched and the mother needs to be added only with little effort.
  • a friction wheel engaging in the knurling can be provided on the hydraulic bolt tensioning cylinder.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Nut for highly stressed screws and bolts, having a cylindrical region (1) with a diameter corresponding approximately to the width across corners of a standard hexagon nut for the respective thread diameter, having a bearing surface (2) which runs virtually exactly perpendicularly to the thread axis (3) by machining the thread (4) and this bearing surface in one set-up, and having a configuration (6, 7) of the thread for distributing the transmission of force over a plurality of thread turns, starting from the bearing surface, having a configuration (5) which is arranged on that end of the cylindrical region which faces away from the bearing surface and is intended for the positive-locking engagement of a nut turning tool, and having a force-measuring device (8) which is integrated in the cylindrical region and measures the bearing force of the nut and thus the screw prestressing force.

Description

Frank und Jörg HohmannFrank and Jörg Hohmann
"Mutter für hochbelastete Schrauben und Bolzen""Nut for heavily loaded screws and bolts"
Die Erfindung betrifft eine Mutter für hochbelastete Schrauben und Bolzen.The invention relates to a nut for heavily loaded screws and bolts.
Muttern in Verbindung mit Schrauben und Bolzen sind innerhalb der industriellen Verbindungstechnik die am meisten eingesetzten Verschraubungselemente.Nuts in conjunction with screws and bolts are the most commonly used bolting elements in industrial fastener technology.
Auf Grund der großen Verbreitung dieser Verbindungselemente werden sie in sehr hohen Stückzahlen hergestellt. Das Gleiche gilt für in Verbindung mit Muttern und Schrauben verwendete Unterlegscheiben, die eingesetzt werden, wenn die sich einstellende Flächenpressung auf Grund der erforderlichen Vorspannkraft zu hoch wird. Norm- Unterlegscheiben haben einen Außendurchmesser, der dem Eckmaß einer Norm-Mutter entspricht. Hierdurch ergibt sich eine größere tragende Fläche als bei dem Einsatz von lediglich einer Sechskantmutter, deren Anflächungen in einem Kreis mit dem Durchmesser des Eckmaßes einbeschrieben sind.Due to the widespread use of these fasteners, they are manufactured in very large quantities. The same applies to washers used in conjunction with nuts and bolts, which are used when the resulting surface pressure becomes too high due to the required preload force. Standard washers have an outer diameter that corresponds to the corner dimension of a standard nut. This results in a larger bearing surface than in the use of only a hex nut, the Anflächungen are inscribed in a circle with the diameter of the corner measure.
Sowohl die handelsüblich hergestellten Muttern als auch die damit verwendeten Unterlegscheiben werden mit verhältnismäßig großen Toleranzen hinsichtlich des Winkels der Auflagefläche der Mutter zur Gewindeachse und hinsichtlich der Parallelität der Auflageflächen der Unterlegscheiben hergestellt.Both the commercially produced nuts and the washers used therewith are manufactured with relatively large tolerances with respect to the angle of the bearing surface of the nut to the thread axis and with respect to the parallelism of the bearing surfaces of the washers.
Hierdurch kommt es beim Einsatz derartiger Muttern und Unterlegscheiben zu ungenauen Verschraubungsergebnissen und erhöhten Setzverlusten beim Verspannen, insbesondere beim hydraulischen Anziehen.This results in the use of such nuts and washers inaccurate Verschraubungsergebnissen and increased set losses during clamping, especially when hydraulic tightening.
Des Weiteren tritt bei handelsüblichen Muttern die höchste Belastung am ersten tragenden Gewindegang der Mutter auf, da keine Maßnahmen getroffen sind, die Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge zu verteilen.Furthermore occurs in commercial nuts, the highest load on the first supporting thread of the nut, since no measures are taken to distribute the power transmission to several threads.
Zwar sind sogenannte Zugmuttern oder Stulpmuttern sowie Kapselmuttern mit oder ohne kegelig abgedrehten, unteren Gewindegängen bekannt, mit denen die Kraftübertragung beim Anziehen der Mutter auf mehrere Gewindegänge verteilt wird und dadurch eine erhöhte Dauerfestigkeit derartiger Schraubenverbindungen gegeben ist, jedoch handelt es sich hierbei um kostspielige Sonderausführungen, die einen relativ großen Bauraum erfordern und aufwendig in der Herstellung sind.Although so-called pull nuts or Stulpmuttern and capsule nuts with or without conically turned off, lower threads are known with which the power transmission is distributed when tightening the nut on several threads and thus increased fatigue strength of such screw is given, but it is This is expensive special designs that require a relatively large amount of space and are expensive to manufacture.
Sehr wichtig ist es des Weiteren, die verbleibende, effektive Vorspannkraft von hochbelasteten Schrauben und Bolzen zu kennen, nachdem derartige Schrauben oder Bolzen mittels geeigneter Werkzeuge, beispielsweise hydraulischen Schraubenspannzylindem oder Mutterndrehwerkzeugen vorgespannt wurden. Diese verbleibende, effektive Vorspann kraft ist entscheidend für die Dauerstandfestigkeit der Schraubenverbindung und sollte das Setzen der aus Schrauben oder Bolzen, Unterlegscheiben, Muttern und Flanschen bestehenden Schraubenverbindungen berücksichtigen.Further, it is very important to know the remaining effective preload force of heavily loaded bolts and bolts after such bolts or bolts have been preloaded by suitable tools, such as hydraulic bolt tensioners or nut turning tools. This remaining effective biasing force is critical to the fatigue life of the bolted joint and should take into account the setting of bolted joints consisting of bolts or bolts, washers, nuts and flanges.
Um eine genaue Kenntnis der Schraubenvorspannung zu erhalten, ist es bekannt, die erreichte Schraubendehnung direkt zu messen, da die Schraubendehnung auf Grund des Hook'schen Gesetzes direkt proportional zur Schraubenvorspannung ist. Diese Messung der Dehnung lässt sich auf unterschiedliche Weise bewerkstelligen.In order to obtain a precise knowledge of the bolt preload, it is known to directly measure the screw elongation achieved, since the screw elongation is directly proportional to the bolt preload due to Hook's law. This measurement of strain can be accomplished in different ways.
Gemäß der DE 28 46 668 A1 kann der zu spannende Gewindebolzen auf seiner ganzen Länge durchbohrt sein, und in diese Bohrung lässt sich ein Messstab einführen, dessen Länge im Wesentlichen der Gewindebolzenlänge entsprechen sollte und der an der Dehnung des Gewindebolzens nicht teilnimmt, so dass sich die Dehnung des Gewindebolzens aus der Längendifferenz zwischen dem Messstab und dem Gewindebolzen ergibt.According to DE 28 46 668 A1, the threaded bolt to be clamped can be pierced along its entire length, and a dipstick can be inserted into this bore, the length of which should essentially correspond to the threaded bolt length and which does not participate in the elongation of the threaded bolt, so that the elongation of the threaded bolt results from the difference in length between the dipstick and the threaded bolt.
Dieses Messverfahren ist aufwendig, da jeder Gewindebolzen durchbohrt sein muss und der Messstab bei jedem Spannen des Gewindebolzens in die Bohrung eingeführt und mit einer geeigneten Messvorrichtung verbunden werden muss.This measuring method is expensive, since each threaded bolt must be pierced and the dipstick must be inserted into the bore each time the threaded bolt is tightened and connected to a suitable measuring device.
Bei einer in der DE 101 45 847 A1 derselben Anmelder beschriebenen hydraulischen Gewindebolzenspannvorrichtung wird ein Messverfahren angewandt, das darin besteht, die Gewindebolzendehnung aus dem gemessenen Mutterndrehwinkel zu ermitteln, da auf Grund der jeweiligen Gewindesteigung ein konstantes Verhältnis zwischen dem Mutterndrehwinkel und der Gewindebolzendehnung besteht. Bei diesem Messverfahren ist es erforderlich, die Mutter zunächst bis zum spielfreien Setzen aller durch den Gewindebolzen zu spannenden Bauelemente beizudrehen und nur den Mutterndrehwinkel ab dem so ermittelten Fügepunkt zu berücksichtigen. Die beiden bekannten Messverfahren erlauben es, die Gewindebolzendehnung auf Grund der Druckbeaufschlagung der hydraulischen Gewindebolzenspannvorrichtung mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln und das Anziehen großer Schrauben weitgehend zu automatisieren, erfordern dafür jedoch einen erhöhten apparativen Aufwand.In a hydraulic threaded bolt tensioning device described in DE 101 45 847 A1 of the same Applicant, a measuring method is used, which consists in determining the threaded bolt expansion from the measured nut rotation angle, since there is a constant relationship between the nut rotation angle and the threaded bolt expansion due to the respective thread pitch. In this measuring method, it is necessary to first screw the nut until the play-free setting of all components to be clamped by the threaded bolt and to consider only the nut rotation angle from the thus determined joining point. The two known measuring methods make it possible to determine the threaded bolt expansion due to the pressurization of the hydraulic threaded bolt tensioning device with sufficient accuracy and to automate the tightening of large screws largely, but require an increased expenditure on equipment.
Ausgehend von diesen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Mutter für hochbelastete Schrauben zu schaffen, die eine Norm-Sechskantmutter gegebenenfalls in Verbindung mit einer Norm-Unterlegscheibe ersetzt, keinen größeren Bauraum aufweist und einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine direkte Messung der verbleibenden, effektiven Vorspann kraft erlaubt.Based on these problems, the invention is based on the object to provide a nut for heavy-duty screws, which replaces a standard hexagon optionally in conjunction with a standard washer, has no major space and is easy and inexpensive to manufacture and direct measurement of remaining, effective bias force allowed.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird eine Mutter für hochbelastete Schrauben und Bolzen vorgeschlagen, die erfindungsgemäß einen zylindrischen Bereich mit einem Durchmesser annähernd gleich dem Eckmaß einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser, eine Auflagefläche, die durch Bearbeitung des Gewindes und dieser Auflagefläche in einer Aufspannung praktisch genau senkrecht zur Gewindeachse verläuft, eine Ausbildung des Gewindes zur Verteilung der Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge, ausgehend von der Auflagefläche in der Weise, dass das Mutterngewinde mit einem Abstand von mindestens einem Gewindegang von der Auflagefläche freigedreht ist und/oder mehrere der zur Auflagefläche gerichteten Gewindegänge des Muttemgewindes kegelig ausgedreht sind, eine am der Auflagefläche abgewandten Ende des zylindrischen Bereichs angeordnete Ausbildung zum formschlüssigen Eingriff eines Mutterndrehwerkzeugs, und eine in den zylindrischen Bereich integrierte, vorzugsweise benachbart zur Auflagefläche angeordnete, die Auflagekraft der Mutter und damit die Schraubenvorspannkraft messende Kraftmessvorrichtung umfasst.Based on this task, a nut for highly loaded screws and bolts is proposed according to the invention a cylindrical portion with a diameter approximately equal to the corner of a standard hex nut for the respective thread diameter, a support surface, by machining the thread and this support surface in a single clamping runs exactly perpendicular to the thread axis, an embodiment of the thread for distributing the power transmission to a plurality of threads, starting from the support surface in such a way that the nut thread is rotated at a distance of at least one thread from the support surface and / or more directed to the bearing surface threads Muttemgewindes are turned out conical, arranged on the bearing surface facing away from the end of the cylindrical portion training for positive engagement of a nut turning tool, and integrated into the cylindrical portion e, preferably adjacent to the support surface arranged, the bearing force of the nut and thus the screw biasing force measuring force measuring device comprises.
Auf Grund des zylindrischen Bereichs mit einem Durchmesser annähernd gleich dem Eckmaß einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser erfordert die erfindungsgemäße Mutter nicht mehr Bauraum als eine Norm-Sechskantmutter, weist jedoch eine größere Auflagefläche auf, wodurch die Flächenpressung zum Grundmaterial herabgesetzt wird. Des Weiteren ist die Mutter in sich steifer als eine gleich große Norm- Sechskantmutter, wodurch beim Verspannen ein geringerer Setzverlust erzielt wird.Due to the cylindrical portion having a diameter approximately equal to the corner of a standard hex nut for the respective thread diameter mother of the invention requires no more space than a standard hex nut, but has a larger contact surface, whereby the surface pressure is reduced to the base material. Furthermore, the nut is inherently stiffer than a standard hexagon nut of the same size, which results in a lower setting loss during clamping.
Ferner ist aus den vorgenannten Gründen eine zusätzliche Unterlegscheibe nicht mehr erforderlich, so dass die Toleranzen der Unterlegscheibe beim Verspannen nicht mehr in das Verschraubungsergebnis eingehen. Sehr wesentlich ist auch das mit der Bearbeitung der Auflagefläche und des Gewindes in einer Aufspannung erzielte Ergebnis einer praktisch genau senkrecht zur Gewindeachse verlaufenden Auflagefläche, die zu einer gleichmäßigen Belastung der Gewindegänge beim Anziehen führt. Auch hierdurch wird eine Verringerung der Setzverlusterscheinung beim Anziehen erreicht.Furthermore, an additional washer is no longer required for the aforementioned reasons, so that the tolerances of the washer during bracing no longer go into the screwing result. Very important is also the result of machining the support surface and the thread in one clamping result of a practically exactly perpendicular to the thread axis extending support surface, which leads to a uniform load on the threads when tightening. This also achieves a reduction in the setting loss appearance when tightening.
Die Verteilung der Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge, ausgehend von der Auflagefläche, kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.The distribution of power transmission to several threads, starting from the support surface, can be done in different ways.
Ein sehr einfaches Mittel besteht darin, das Mutterngewinde, von der Auflagefläche ausgehend mit einem Abstand von mindestens einem Gewindegang freizudrehen.A very simple means is to turn the nut thread, starting from the support surface at a distance of at least one thread turn.
Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, einige zur Auflagefläche gerichtete Gewindegänge des Mutterngewindes, ausgehend von der Auflagefläche, sich kegelig verjüngend auszudrehen.Another possibility may be to turn out some conically directed to the bearing surface threads of the nut thread, starting from the bearing surface, tapering tapered.
Eine Kombination des Freidrehens mit dem kegeligen Ausdrehen ist ebenfalls möglich.A combination of free rotation with tapered boring is also possible.
Die in den zylindrischen Bereich der Mutter integrierte Kraftmessvorrichtung erlaubt es, die Auflagekraft der Mutter und damit die Schraubenvorspannkraft zu messen. Wird diese Messung nach dem Spannen der Schraubenverbindung durchgeführt, misst diese Kraftmessvorrichtung direkt die nach dem Setzen aller Elemente der Schraubenverbindung verbleibende, effektive Vorspannkraft. Wird die Schraubenverbindung in üblicher Weise durch Drehen der Mutter aufgebracht, lässt sich die beim Drehen entstehende Schraubenspannkraft auch kontinuierlich messen. Des Weitem ist es möglich, die verbleibende, effektive Vorspannkraft mit zeitlichem Abstand mehrfach oder auch kontinuierlich zu messen, wodurch ein Nachlassen der Vorspannkraft erkennbar wird und sich geeignete Maßnahmen treffen lassen, um einen Ausfall der Schraubenverbindung zu verhindern.The integrated into the cylindrical portion of the nut force measuring device allows to measure the bearing force of the nut and thus the screw biasing force. When this measurement is made after tightening the bolted joint, this force measuring device directly measures the effective preload force remaining after setting all the elements of the bolted joint. If the screw connection is applied in the usual way by turning the nut, the screw clamping force arising during turning can also be measured continuously. By far it is possible to repeatedly or continuously measure the remaining effective biasing force with a time interval, whereby a decrease in the biasing force can be seen and take appropriate measures to prevent failure of the screw connection.
Die Mutter kann mit einem drahtlosen Ausgang für die Kraftmessvorrichtung versehen sein, über den sich eine Verbindung zu einer externen Messwertumsetz- und - anzeigevorrichtung herstellen lässt. Diese Verbindung wirkt nur, wenn die externe Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung in den Bereich des drahtlosenThe nut may be provided with a wireless output for the force measuring device, via which a connection to an external measured value conversion and display device can be established. This connection only works if the external measured value conversion and display device falls within the wireless range
Ausgangs der Kraftmessvorrichtung gebracht wird. Wenn eine kontinuierliche Messung der Vorspannkraft gewünscht wird, ist es vorteilhaft, den Ausgang der Kraftmessvorrichtung als Steckverbindung auszubilden, mittels derer sich eine Kabelverbindung zu der externen Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung herstellen lässt.Output of the force measuring device is brought. If a continuous measurement of the biasing force is desired, it is advantageous to form the output of the force measuring device as a plug connection, by means of which a cable connection to the external measured value conversion and display device can be produced.
Sind beispielsweise an einem Reaktordruckgefäß eine Vielzahl derartiger Schraubenverbindungen vorhanden, lassen sich sämtliche Muttern über eine derartige Kabelverbindung mit einer zentralen Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung verbinden, die die Messungen kontinuierlich durchführt, protokolliert und gegebenenfalls eine Meldung erzeugt, wenn sich die Vorspannkraft einzelner oder aller Schraubenverbindungen im Laufe der Zeit in die Sicherheit beeinträchtigender Weise verändern.For example, if a variety of such screw connections exist on a reactor pressure vessel, all nuts can be connected via such a cable connection with a central Meßwertumsetz- and -anzeigevorrichtung that continuously performs the measurements, logs and optionally generates a message when the biasing force of individual or all screw connections change over time in a security impairing way.
Die Gesamthöhe der erfindungsgemäßen Mutter kann mindestens annähernd der Höhe einer Norm-Sechskantmutter, vorzugsweise annähernd der Höhe einer Norm- Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser zuzüglich der Dicke einer entsprechenden Norm-Unterlegscheibe entsprechen.The overall height of the nut according to the invention may at least approximately correspond to the height of a standard hex nut, preferably approximately the height of a standard hex nut for the respective thread diameter plus the thickness of a corresponding standard washer.
Hierdurch ist der Bauraum der erfindungsgemäßen Mutter insgesamt nicht größer als der einer Norm-Sechskantmutter in Verbindung mit einer Norm-Unterlegscheibe, jedoch lässt sich die erfindungsgemäße Mutter erheblich höher für das Spannen hochbelasteter Schrauben und Bolzen belasten, da eine Verteilung der Belastung auf eine größere Anzahl Gewindegänge erfolgt und die Mutter auf Grund des zylindrischen Bereichs eine erheblich höhere Steifigkeit als eine gleichgroße Norm-Sechskantmutter aufweist.As a result, the space of the nut according to the invention is not greater than that of a standard hexagon nut in conjunction with a standard washer, however, the mother of the invention can be much higher load for clamping highly loaded screws and bolts, as a distribution of the load to a larger number Threading occurs and the mother due to the cylindrical portion has a significantly higher stiffness than an equally sized standard hex nut.
Die erfindungsgemäße Mutter lässt sich erfindungsgemäß und bevorzugterweise zum Anziehen hochbelasteter Schrauben mittels eines hydraulischen Schraubenspannzylinders verwenden. Ein derartiger hydraulischer Schraubenspannzylinder ist in der DE 196 38 901 A1 derselben Anmelder beschrieben. Auf Grund der Ausführung im oberen Bereich der Mutter als Sechskant oder Vielzahn ist auch der Anzug mit handelsüblichen Hand- oder Hydraulikschraubern möglich.The nut according to the invention can be used according to the invention and preferably for tightening highly stressed screws by means of a hydraulic screw clamping cylinder. Such a hydraulic screw tensioning cylinder is described in DE 196 38 901 A1 the same applicant. Due to the design in the upper area of the nut as a hexagon or multi-tooth, the suit is also possible with standard manual or hydraulic wrenches.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mutter beispielhaft beschrieben. Die erfindungsgemäße Mutter besteht aus einem zylindrischen Bereich 1 , dessen Außendurchmesser dem Eckmaß einer Norm-Sechskantmutter für denselben Gewindedurchmesser entspricht.The invention will be described by way of example with reference to a sectional view of the nut according to the invention shown in the drawing. The nut according to the invention consists of a cylindrical portion 1 whose outer diameter corresponds to the corner of a standard hex nut for the same thread diameter.
Die Mutter ist mit einer Auflagefläche 2 versehen, die möglichst genau senkrecht zur Achse 3 der Mutter ihres Innengewindes 4 verläuft. Dieser genau senkrechte Verlauf der Auflagefläche 2 mit Bezug auf die Achse 3 wird dadurch erzielt, dass die Bearbeitung des Mutterngewindes 4 und der Auflagefläche 2 jeweils in einer Aufspannung erfolgen.The nut is provided with a support surface 2 which extends as accurately as possible perpendicular to the axis 3 of the nut of its internal thread 4. This exactly vertical course of the support surface 2 with respect to the axis 3 is achieved in that the processing of the nut thread 4 and the support surface 2 are carried out in one clamping.
Am der Auflagefläche 2 abgewandten Ende des zylindrischen Bereichs 1 befinden sich Ausbildungen 5 zum formschlüssigen Eingriff eines Muttemdrehwerkzeugs. Diese Ausbildungen 5 können aus normgerechten Anflächungen eines Sechskants oder auch nur aus zwei parallelen Anflächungen bestehen, die zum formschlüssigen Eingriff eines Schraubenschlüssels dienen. Ebenso ist möglich, in die Oberseite achsparallele oder in die Umfangsfläche der Mutter radial gerichtete Bohrungen anzubringen, die für den Eingriff eines Zapfenschlüssels geeignet sind. Andere, übliche Ausbildungen beispielsweise in Form einer Vielzahnausbildung sind ebenfalls möglich und geeignet .At the end facing away from the support surface 2 of the cylindrical portion 1 are educations 5 for the positive engagement of a Muttemdrehwerkzeugs. These formations 5 can consist of standardized flat surfaces of a hexagon or even only two parallel flat surfaces, which serve for the positive engagement of a wrench. It is also possible to mount in the upper side axially parallel or in the peripheral surface of the nut radially directed bores, which are suitable for the engagement of a spanner wrench. Other, conventional training, for example in the form of a multi-tooth training are also possible and suitable.
Zur Verteilung der Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge des Mutterngewindes 4 kann das Mutterngewinde 4, benachbart zur Auflagefläche 2, mit einer Ausdrehung 6 versehen sein, deren axiale Höhe mindestens annähernd einem Gewindegang entspricht. Des Weiteren ist es möglich, eine Verteilung der Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge durch eine kegelige Ausdrehung 7 der zur Auflagefläche 2 hin gerichteten Gewindegänge zu erreichen.To distribute the power transmission to a plurality of threads of the nut thread 4, the nut thread 4, adjacent to the bearing surface 2, be provided with a recess 6 whose axial height corresponds at least approximately to a thread. Furthermore, it is possible to achieve a distribution of the power transmission to a plurality of threads by a tapered recess 7 of the bearing surface 2 directed towards the threads.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausdrehung 6 und die kegelige Ausdrehung 7 miteinander kombiniert.In the illustrated embodiment, the recess 6 and the tapered recess 7 are combined.
Die Gesamthöhe H der erfindungsgemäßen Mutter kann mindestens annähernd der Höhe einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser entsprechen, soll vorzugsweise jedoch annähernd der Höhe einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser zuzüglich der Dicke einer entsprechenden Norm-Unterlegscheibe entsprechen, während die Höhe der Ausbildung 5 zum formschlüssigen Eingriff eines Muttemdrehwerkzeugs nicht mehr als ein Drittel der Gesamthöhe H der erfindungsgemäßen Mutter betragen soll. Benachbart zur Auflagefläche 2 der Mutter ist in den zylindrischen Bereich 1 eine Kraftmessvorrichtung 8 integriert, die die Auflagekraft der Mutter und damit die Schraubenvorspannkraft misst. Diese Kraftmessvorrichtung 8 kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Sie kann induktiv oder kapazitiv wirken, aus einer Widerstandsmessbrücke mit Dehnungsstreifen oder aus einem Piezoelement bestehen.The total height H of the nut according to the invention may at least approximately correspond to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter, but should preferably approximately correspond to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter plus the thickness of a corresponding standard washer, while the amount of training 5 should amount to the positive engagement of a Muttemdrehwerkzeugs not more than a third of the total height H of the mother according to the invention. Adjacent to the bearing surface 2 of the nut, a force measuring device 8 is integrated in the cylindrical region 1, which measures the bearing force of the nut and thus the bolt prestressing force. This force measuring device 8 can be designed in different ways. It can act inductively or capacitively, consist of a resistance measuring bridge with expansion strips or of a piezoelectric element.
Seitlich am zylindrischen Bereich 1 ist ein Ausgang 9 für die Kraftmessvorrichtung 8 angeordnet. Dieser Ausgang 9 kann als Steckverbindung ausgebildet sein, so dass sich daran ein Kabel 11 anschließen lässt, das mit einer externen Messwertumsetz- und - anzeigevorrichtung 10 verbunden ist. Mehrere mit der Kraftmessvorrichtung 8 versehene Muttern lassen sich über derartige Kabel 11 mit einer zentralen, externen Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung 10 verbinden, die eine Auswertung der Messsignale von den verschiedenen Messstellen vornimmt, protokolliert und beispielsweise ein Signal abgibt, wenn sich unzulässige Änderungen der Vorspannkraft einzelner oder aller Schraubenverbindungen ergeben.Laterally on the cylindrical portion 1, an output 9 for the force measuring device 8 is arranged. This output 9 may be formed as a plug connection, so that it can be connected to a cable 11, which is connected to an external Meßwertumsetz- and - display device 10. Several provided with the force measuring device 8 nuts can be connected via such cable 11 with a central external Meßwertumsetz- and -anzeigevorrichtung 10, which makes an evaluation of the measurement signals from the various measuring points, logs and emits a signal, for example, if impermissible changes in the biasing force single or all screw connections result.
Der Ausgang 9 kann auch als drahtloser Ausgang ausgebildet sein, in dessen Nähe sich die externe Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung 10 bringen lässt, um fallweise bei jeder einzelnen Muttern den Messwert der Schraubenvorspannkraft aufzunehmen. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und dann vorteilhaft, wenn eine einzige Messung der Schraubenvorspannkraft nach dem Spannen der Schraubenverbindung genügt.The output 9 can also be designed as a wireless output, in the vicinity of which the external measured value conversion and display device 10 can be brought to record case by case at each individual nuts the measured value of the screw biasing force. This embodiment is particularly simple and advantageous when a single measurement of the screw biasing force after tightening the screw connection is sufficient.
Wenn zum Spannen einer Schraubenverbindung in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Mutter ein hydraulischer Schraubenspannzylinder gemäß der DE 196 38 901 A1 derselben Anmelder verwendet wird, genügt eine Rändelung des zylindrischen Bereichs 1 , da in diesem Fall die zu spannende Schraube durch den hydraulischen Schraubenspannzylinder auf die vorgegebene Länge gedehnt wird und die Mutter nur noch mit geringem Kraftaufwand beigedreht zu werden braucht. Hierzu kann am hydraulischen Schraubenspannzylinder ein in die Rändelung eingreifendes Reibrad vorgesehen sein. If a hydraulic screw tensioning cylinder according to DE 196 38 901 A1 of the same applicant is used for clamping a screw connection in conjunction with the nut according to the invention, a knurling of the cylindrical portion 1 is sufficient, since in this case the screw to be tensioned by the hydraulic screw tensioning cylinder to the predetermined length is stretched and the mother needs to be added only with little effort. For this purpose, a friction wheel engaging in the knurling can be provided on the hydraulic bolt tensioning cylinder.

Claims

Frank und Jörg HohmannP a t e n t a n s p r ü c h e Frank and Jörg HohmannPatent claims
1. Mutter für hochbelastete Schrauben und Bolzen mit einem zylindrischen Bereich (1 ) mit einem Durchmesser annähernd gleich dem Eckmaß einer Norm- Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser, mit einer Auflagefläche (2), die durch Bearbeitung des Gewindes (4) und dieser Auflagefläche (2) in einer Aufspannung praktisch genau senkrecht zur Gewindeachse (3) verläuft, mit einer Ausbildung des Gewindes (4) zur Verteilung der Kraftübertragung auf mehrere Gewindegänge, ausgehend von der Auflagefläche (2) in der Weise, dass das Mutterngewinde (4) mit einem Abstand von mindestens einem Gewindegang von der Auflagefläche freigedreht (6) ist und/oder mehrere der zur Auflagefläche (4) gerichteten Gewindegänge des Mutterngewindes (4) kegelig (7) ausgedreht sind, mit einer am der Auflagefläche (2) abgewandten Ende des zylindrischen Bereichs (1 ) angeordneten Ausbildung (5) zum formschlüssigen Eingriff eines Mutterndrehwerkzeug, und mit einer in den zylindrischen Bereich (1 ) integrierten, die Auflagekraft der Mutter und damit die Schraubenvorspannkraft messenden Kraftmessvorrichtung (8).1. nut for highly loaded screws and bolts with a cylindrical portion (1) having a diameter approximately equal to the corner of a standard hex nut for the respective thread diameter, with a bearing surface (2) by machining the thread (4) and this bearing surface ( 2) in a clamping virtually exactly perpendicular to the threaded axis (3), with an embodiment of the thread (4) for distributing the power transmission to a plurality of threads, starting from the support surface (2) in such a way that the nut thread (4) with a Distance of at least one thread from the support surface is freely rotated (6) and / or several of the bearing surface (4) directed threads of the nut thread (4) are conical (7) turned off, with an on the support surface (2) facing away from the end of the cylindrical portion (1) arranged training (5) for the positive engagement of a nut turning tool, and with a in the cylindrical portion (1) integrated, the bearing force of the nut and thus the bolt preload force measuring force measuring device (8).
2. Mutter nach Anspruch 1 , bei der die Kraftmessvorrichtung (8) im Zylinderbereich (1 ) benachbart zur Auflagefläche (2) angeordnet ist.2. Nut according to claim 1, wherein the force measuring device (8) in the cylinder region (1) adjacent to the bearing surface (2) is arranged.
3. Mutter nach Anspruch 1 oder 2 mit einem drahtlosen Ausgang (9) der Kraftmessvorrichtung (8) zu einer externen Messwertumsetz- und - anzeigevorrichtung (10).3. A mother according to claim 1 or 2 with a wireless output (9) of the force measuring device (8) to an external Meßwertumsetz- and - display device (10).
4. Mutter nach Anspruch 1 oder 2 mit einem als Steckverbindung ausgebildeten Ausgang (9) der Kraftmessvorrichtung (8) und einer Kabelverbindung (11 ) zu einer externen Messwertumsetz- und -anzeigevorrichtung (10).4. A nut according to claim 1 or 2 with a connector designed as output (9) of the force measuring device (8) and a cable connection (11) to an external Meßwertumsetz- and -anzeigevorrichtung (10).
5. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Gesamthöhe (H) annähernd der Höhe einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser entspricht. 5. Nut according to one of claims 1 to 4, the total height (H) corresponds approximately to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter.
6. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Gesamthöhe (H) annähernd der Höhe einer Norm-Sechskantmutter für den jeweiligen Gewindedurchmesser zuzüglich der Dicke einer entsprechenden Norm-Unterlegscheibe entspricht.6. Nut according to one of claims 1 to 5, the total height (H) corresponds approximately to the height of a standard hex nut for the respective thread diameter plus the thickness of a corresponding standard washer.
7. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Mutterngewinde (4) in das Schraubengewinde mit einem Abstand von mindestens einem Gewindegang von der Auflagefläche (2) eingreift.7. Nut according to one of claims 1 to 6, wherein the nut thread (4) engages in the screw thread with a distance of at least one thread from the support surface (2).
8. Mutter nach Anspruch 7, bei der das Mutterngewinde (4) im Bereich ohne Eingriff in das Schraubengewinde freigedreht (6) ist.8. A nut according to claim 7, wherein the nut thread (4) in the area without engagement in the screw thread is freely rotated (6).
9. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zur Auflagefläche (4) gerichtete Gewindegänge des Mutterngewindes (4) kegelig (7) ausgedreht sind.9. Nut according to one of claims 1 to 8, in which the bearing surface (4) directed threads of the nut thread (4) are tapered (7) turned off.
10. Verwendung einer Mutter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Anziehen hochbelasteter Schrauben mittels eines hydraulischen Schraubenspannzylinders. 10. Use of a nut according to one of claims 1 to 9 for tightening highly loaded screws by means of a hydraulic screw-tensioning cylinder.
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