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Vorrichtung zum hydraulischen Längen eines Schraubenbolzens zwecks
Einstellung einer Vorspannung Obwohl es im Prinzip bekannt ist, die Vorspannung
in einer Schraubverbindung dadurch einzustellen, daß man durch einen hohen hydraulischen
Druck in einem abgeschlossenen Hohlraum eines Schraubteiles dieses um einen bestimmten
Betrag dehnt, dann das andere Schraubteil von Hand spielfrei anzieht und schließlich
den Druck wieder abläßt, hat sich dieses Verfahren bisher in der Praxis nicht durchgesetzt.
Man stellt die Vorspannung nach wie vor mit einem Drehmomentschraubenschlüssel ein,
soweit diese für die jeweilige Schraubengröße erhältlich sind.
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Aber auch der Drehmornentschlüssel gestattet keine genaue Einstellung
der Vorspannung, da das von ihm angezeigte Drehmoment die Reibungsarbeit im Gewinde
einschließt. Diese ist in ihrer Größenordnung nicht genau einzuschätzen. Auch eine
bekannte Überdrehsicherung für Kopfschrauben und Muttern zum Anziehen der Schrauben
auf bestimmte und gleiche Vorspannung, bei der nach Deformierung von Kreisringflächen
der Drehwiderstand sprunghaft ansteigen soll, wenn eine bestimmte Vorspannung erreicht
ist, weist den Nachteil auf, von der Gewindereibung beim Einstellen der Vorspannung
abhängig zu sein. Es mag durch diese überdrehsicherung möglich sein, mit den gleichen
Schrauben stets gleiche Vorspannverhältnisse zu erzielen, aber die Höhe der Vorspannung
im voraus genau einzustellen, dürfte wegen der geforderten Einhaltung bestimmter
Vorbedingungen bezüglich der Oberflächenbeschaffenheiten der aufeinander gleitenden
Kreisringflächen schwierig sein.
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Lange Zugankerschrauben lassen sich häufig überhaupt nicht festziehen,
da mit der Schraubbewegung der Schraubenschaft verdreht und ihm zunehmend mehr eine
Drehspannung als eine Zugspannung aufgegeben wird. Diese Drehspannung bewirkt bei
Erschütterungen ein Lösen der Verbindung trotz scheinbar vorhandener Zugspannung.
Es besteht aber auch die Gefahr, daß man in den Bereich der plastischen Verformung
kommt und die Mutter endlos weiterdreht, bis der Schaft abgewürgt ist. Dieses Problem
ist bei langen Fundamentschrauben oft vorhanden.
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Die Erfindung geht von dem bekannten System aus, eine Vorspannung
in einer Schraubverbindung durch vorübergehendes hydraulisches Längen des SchraubenboIzens
einzustellen, weil dieses ein genaues Einstellen der Vorspannung unabhängig von
Gewindereibung und Verdrehung des Schraubenschaftes verspricht. Für schwere Schrauben,
sogenannte Zuganker, ist dieses System auch schon in die Praxis, z. B. bei Walzgerüsten,
eingeführt worden, und zwar in Verbindung mit einer außerhalb des Zugankers angeordneten
Vorrichtung zum Erzeugen des hydraulischen Streckdruckes. Mit der Erfindung soll
jedoch das bekannte hydraulische Vorspannsystem für das Gebiet der allgemeinen Dehnschrauben
nutzbar gemacht werden, bei denen es undenkbar wäre, jede Schraube vor dem Anziehen
an eine Druckquelle oder ein Meßinstrument anzuschließen, um den der geforderten
Zugdehnung entsprechenden hydraulischen Druck einzustellen.
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Bisher ist eine Vorrichtung zum hydraulischen Längen eines Schraubenbolzens
zwecks Einstellung einer Vorspannung bekannt, bei der die in einem Hohlraum befindliche
Druckflüssigkeit durch einen verstellbaren Verdränger unter einen von dessen Verdrängungsvolumen
abhängigen Druck setzbar ist. Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe
gestellt, diese Vorrichtung einfacher und billiger in der Herstellung auszubilden,
so daß sie auch bei Dehnschrauben kleiner Abmessungen anwendbar ist. Gelöst wird
diese Aufgabe dadurch, daß das Verdrängungsvolumen des Verdrängers entsprechend
der bei einer gewünschten Zugdehnung des Schraubenbolzens erforderlichen Druckerhöhung
durch ein die äußere Stirnfläche des den Verdränger führenden Teiles in Ausgangsstellung
überragendes Maß des verstellbaren Verdrängerquerschnittes einstellbar ist. Verstellt
man den Verdränger aus seiner bestimmten Ausgangsstellung bis zu der durch die äußere
Stirnfläche des den Verdränger führenden Teiles gegebenen
Endstellung,
so ist die rechnerisch erforderliche Druckerhöhung zum Dehnen des Schraubenbolzens
eingestellt. Diese einfache Handhabung erfordert weder Vorkenntnisse noch die Beobachtung
eines Meßinstrumentes, da das Maß des Verdrängungsvolumens vor dem Einsatz der Schrauben,
unter Umständen schon vom Hersteller aus, festgelegt werden kann.
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Es sind Spannvorrichtungen für Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen
durch hydrostatischen Druck Spannhülsen radial aufgeweitet werden, um ein Werkzeug
oder Werkstück zu halten und zu zentrieren. Auch hier sind die Mittel zum Erzeugen
des Druckes in die Vorrichtung eingesetzt, wie auch Vorkehrungen getroffen sind,
das Verdrängungsvolumen einer Verdrängerschraube durch Anschlag zu begrenzen, um
die maximal zulässige radiale Deformation der Spannhülse nicht zu überschreiten.
Dazu ist eine Regulierschraube gleichachsig und entgegengesetzt zur Verdrängerschraube
eingesetzt, die ebenfalls in den Druckraum hineinragt und mit ihrer Stimfläche den
Einschraubweg der Verdrängerschraube begrenzt.
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Diese Ausführung einer Einstellvorrichtung ist für eine Dehnschraube
zu teuer. Außerdem wäre sie auch schwer den Erfordernissen einer Dehnschraube anzupassen
insofern, als hier der hydraulische Druck zur Erzielung einer möglichst großen Längsdehnung
auf die Böden des Hohlraumes einwirken muß und die Längsdehnung abhängig ist von
dem Abstand der Böden voneinander. Dieser Abstand bestimmt die Dehnlänge, und nach
dem Hookschen Gesetz ist die Längsdehnung bei gleicher Kraft linear abhängig von
der Dehnlänge. Wenn aber die Böden des Druckraumes von den Stirnflächen zweier gegeneinandergesetzter
Schrauben dargestellt werden, ist ihr Abstand zwangläufig geringer, als es die Länge
der Dehnschraube selbst zulassen könnte. Die Vorkehrungen zum Begrenzen des hydraulischen
Druckes zum radialen Aufweiten einer Spannhülse haben daher auf die Entwicklung
einer Vorrichtung zum hydraulischen Einstellen einer genauen Zugvorspannung von
Dehnschrauben nicht fördernd einwirken können.
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Im allgemeinen wird der Hohlraum der Dehnschraube wie bekannt durch
einen Gewindestopfen dicht abgeschlossen sein, der die Bohrung für den Verdränger
enthält. Gemäß der Erfindung ist dann das überstehende Maß des Verdrängerquerschnittes
in Ausgangslage durch Abschluß des eingesetzten Verdrängers mit der inneren Stirnfläche
des Gewindestopfens bestimmbar, d. h. einfach durch die bestimmte Länge des
Verdrängers. Beim Fertigmachen der Dehnschraube bedarf es keines Messens, um das
Verdrängungsvolumen einzustellen.
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Der in das Druckmedium eintauchende Verdränger kann aus einer Schraube
bestehen, die bis zum Anschlag eines Schraubenkopfes oder Bundes nur um einen vorher
bestimmbaren Betrag verstellbar ist, oder er kann mit besonderem Vorteil auch aus
einem ,glatten Stift bestehen, der durch Hammerschlag vorgetrieben werden kann und
der durch ein übermaß gegenüber seiner glatten Bohrung in vorgetriebener Lage dichtend
gesichert ist, damit der durch die Ver-#, des vorgetriebenen Stiftes stark erdrängerwirkung
höhte hydraulische Druck wenigstens so lange erhalten bleibt, bis die Mutter spielfrei
angezogen und der hydraulische Druck wieder abgelassen ist. Es ist zu beachten,
daß im abgeschlossenen Hohlraum der Schrauben keine Lufteinschlüsse, sondern nur
Druckflüssigkeit, Fett od. dgl. enthalten sein darf.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in verschiedenen Ausführungsbeispielen
nachstehend erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine hohlgebohrte Dehnschraube mit
einem Verdrängerstift gemäß der Erfindung, Fig. 2 die Anwendung der Erfindung bei
einem Stehbolzen mit einer Verdrängerschraube und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform
der Erfindung für eine Dehnschraube kleinen Durchmessers. Bei dem Beispiel nach
Fig. 1 sollen die Teile 1
und 2 durch eine hohlgebohrte Dehnschraube
mit dem Schraubenkopf 3 und der Mutter 4 verbunden und das System unter eine
bestimmte Vorspannung gesetzt werden. Mit 5 ist der Hohlraum der Schraube
bezeichnet, der mit einem möglichst wenig kompressiblen Druckmedium ausgefüllt ist.
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Der Schraubenkopf 6 besitzt eine zentrale Ausnehmung mit Innengewinde,
in das ein Gewindestopfen mit dem Gewindeteil 6 bis zum Anschlag des Sechskantbundes
8 unter Zwischenlage eines Dichtringes 9
eingeschraubt ist.
10 ist ein im Preßsitz in eine Bohrung des Gewindestopfens eingetriebener
Verdränger aus Stahl, der die Höhe H des Gewindestopfens um das Maß V übersteigt,
wenn er bis zum Abschluß seiner dem Druckraum 5 zugewandten Stirnfläche mit
der Stimfläche des Gewindeteiles 6 vor Einschrauben des Gewindestopfens eingetrieben
ist. Die Länge des Verdrängerstiftes H + V ist so bemessen,
daß sein dem Maß V entsprechendes Verdrängungsvolumen der Volumenzunahme des Druckraumes
5
entspricht, die sich aus der Zugdehnung des Schraubenschaftes im Dehnquerschnitt
und auf der Dehnlänge bei der erwünschten Vorspannung ergeben würde. Die Kompressibilität
des Druckmediums ist unter Umständen durch eine Korrektur des Maßes V zu berücksichtigen.
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Die Dehnschraube wird folgendermaßen betriebs-bzw. versandfertig gemacht:
Zunächst wird der Druckraum 5 zweckmäßig bis über das notwendige Maß gefüllt,
um spätere Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dann schraubt man den Gewindestopfen
6, 8 mit dem wie vorbeschrieben eingetriebenen Stift 10 in den Schraubenkopf
3 ein. Das Einschraubgewinde soll betontes Spitzenspiel haben, damit das
überschüssige Druckmedium durch das Gewinde entweichen kann und ein in etwa druckloser
Zustand geschaffen wird, wenn der Bund 8
gegen die Spiegelfläche des Schraubenkopfes
3 abdichtet.
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Beim oder vor dem Einbau der Schraube wird der Stift 10 durch
Hammerschlag weiter eingetrieben, bis seine äußere Stirnfläche mit derjenigen des
Gewindestopfens abschneidet. Dann hat er seine vorausberechnete Verdrängungsarbeit
geleistet und den Schraubenschaft durch den Druckanstieg im Hohlraum5 gedehnt. Nachdem
die Mutter4 oder der Kopf 3 an der Einsatzstelle von Hand spielfrei angezogen
ist, wird der Gewindestopfen 6, 8 wieder zurückgeschraubt, wobei der Schraubenkopf
3 durch einen zweiten Schraubenschlüssel festzuhalten ist, wenn dies nicht
durch andere undrehbare Festlegung des Kopfes3 überflüssig ist. Hierdurch wird das
Druckmedium drucklos, und die Vorspannkraft des Schraubenschaftes geht als Druckkraft
in die Teilel, 2 über. Die rechnerische Vorspannung wird allerdings nur dann genau
erreicht, wenn man zuvor
die Druckdehnung der Teile 1 und
2 berücksichtigt und die erforderliche Zugdehnung entsprechend korrigiert hat.
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Zum Lösen der Schraubverbindung dreht man den Gewindestopfen
6, 8 wieder ein und schlägt den Stift 10 mit einem Durchschläger noch
etwas weiter ein.
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Im Beispiel nach Fig. 1 besitzt der Gewindestopfen erfindungsgemäß
zwei gleich hohe Gewindeteile 6, 7 beiderseits des Bundes 8. Hierdurch
wird erreicht daß ein Gewindestopfen umgedreht wieder verwandt werden kann, wobei
das Maß V durch das jeweils vorhergehende Eintreiben des Stiftes 10 stets
eingestellt bleibt.
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In Fig. 2, die eine lange Stehbolzenverbindung darstellt, ist der
Gewindestopfen mit 12 bezeichnet. Statt eines Stiftes ist eine Verdrängerschraube
13 eingesetzt, deren berechnetes Verdrängungsvolumen wie vorbeschrieben durch
das Maß V eingestellt ist. Um eine radiale Aufweitung des Dehnquerschnittes 14 durch
inneren hydraulischen Druck zu vermeiden, ist der Hohlraum 5 fast über seine
ganze Länge durch einen Kembolzen 15 mit Kolben 16 überbrückt. Hierdurch
wirkt der hydraulische Druck nur noch unwesentlich unmittelbar auf die Wandung des
Hohlraumes 5 ein. Diese Maßnahme ist an sich bekannt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 2 ist sinngemäß die gleiche
wie bei derjenigen nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Verdrängerschraube
13 bis zum Anschlag ihres Kopfes eingeschraubt und selbst wieder zurückgeschraubt
wird, nachdem die Mutter 17 spielfrei angezogen ist. Zum Lösen der Mutter
17 wird sie wieder eingeschraubt.
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Das Gewinde zwischen der Verdrängerschraube-13 ,u#d dem Gewindestopfen
12 muß dicht ausgeführt sein.
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Bei Dehnscheiben kleineren Durchmessers könnte es schwierig sein,
einen Gewindestopfen unterzubringen, wenn entsprechend Fig. 2 das mutterseitige
Ende des Schraubenbolzens das Bedienungsende sein muß. Beim Beispiel nach Fig.
3 ist aus diesem Grunde die Verdrängerschraube 20 unmittelbar in den Schraubenstift
21 mit dem Hohlraum 5 eingeschraubt, wie es bei Vorrichtungen zum radialen
Aufweiten eines Radsitzes bekannt ist. Um nun aber bei dem errechneten Maß V nicht
schon das Druckmedium unter Druck gesetzt zu haben, nachdem die Schraube 20 eingedreht
und nicht eine genau dosierte Flüssigkeitsmenge eingefüllt wurde, besitzt die Verdrängerschraube
20 erfindungsgemäß einen Längskanal 22 zum Entweichen überschüssiger Druckflüssigkeit,
der nach Einstellung der Ausgangslage der Schraube 20 auf das Maß V und überlauf
der Flüssigkeit dicht verschließbar ist.
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Der Kanal 22 kann durch einen kleinen, eintreibbaren Stift verschlossen
werden, wobei dessen Verdrängervolumen allerdings durch eine Vergrößerung des Maßes
V wirkungslos gemacht werden müßte. Man kann aber auch an der Spiegelfläche der
Schraube 20 eine` Kuppe 23 anformen und die öff-
nung des Kanals 22
schließen, indem man den Werkstoff der Kuppe durch Hammerschläge in die Öffnung
eintreibt. Zweckmäßig besteht die Schraube 20 dann nus weicherem Werkstoff, z. B.
Messing.