DE2945728A1

DE2945728A1 - Axial verspannbarer kopfbolzen

Info

Publication number: DE2945728A1
Application number: DE19792945728
Authority: DE
Inventors: Knut Christian Dipl In Schoeps
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1980-05-29
Also published as: SE7811678L; US4428240A; SE424573B; DE2945728C2; GB2036342A; GB2036342B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

6000 Frankfurt / Main Staufenstraße 36

Anm.: Atlas Copco Aktiebolag,
Nacka / Schweden

Axial verspannbarer Kopfbolzen

Die Erfindung betrifft einen axial verspannbaren Kofpbolzen, dessen Kopf mit einer oder mehreren Schwächunqsstellen zur Förderung einer elastischen Verformung in Abhängigkeit von der den Bolzen beanspruchenden Axialkraft versehen ist.

Um die Möglichkeit einer Messung und Anzeige der Verspannungskraft zu schaffen, die einfach und billig ist und eine unmittelbare und genaue Messung der Verspannung gestattet, sind schon eine Vielzahl besonderer Bolzenausbildungen vorgeschlagen worden, bei denen die Streckung des Bolzens in Längsrichtung oder die elastische Verformung des Bolzenkopfes zu einer solchen Anzeige herangezogen wird.

Eine solche Bolzenausbildung ist aus der US-PS 3 886 84o bekannt und besteht aus einem gestechtem BolzenkoDf, der mit einem koaxialen Anzeiaestift und einer Scheibe versehen ist, die in eine Ausnehmung des Bolzenkopfes eingesetzt sind. Die Bolzenspannung wird dabei als relative axiale Lage des Stiftes und der Scheibe angezeigt, die von der Verformung des Bolzenkopfes verursacht wird. Diese vorbekannte Bolzenausbildung hat den Nachteil hoher Herstellungskosten,

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was zum Teil auf die Einfügung der Stift-Scheiben-Anordnung und zum Teil auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß möglicherweise kein in der Massenherstellung mit Standardabmessungen hergestellter Bolzen verwendet werden kann/ da der Kopf eines solchen Bolzens zu klein zur Aufnahme einer solchen Anordnung ist.

Aus der US-PS 3 718 066 ist eine andere Bolzenausbildung bekannt, bei welcher die axiale Verspannkraft angezeigt werden kann. Zu diesem Zweck ist der Bolzenkopf mit einem fotoelastischen Streifen versehen, der bei der elastischen Verformung des Bolzenkopfs Biegebeanspruchungen ausgesetzt wird und eine Anzahl von Streifen in Abhängigkeit von der Verspannung des Bolzens erzeugt. Die auf diese Weise erzeugten Streifen sind nur in polarisiertem Licht sichtbar und müssen von der Beobachtungsperson selbst qezählt werden. Dies bedeutet, daß die Bolzenspannung nicht während des Festziehens des Bolzens bei Verwendung eines Steckschlüssels gemessen werden kann, da dann der fotoelastische Streifen nicht sichtbar ist. Darüber hinaus besitzt der fotoelastische Streifen sehr wenig Widerstandsvermögen gegen mechanische Beanspruchungen, was spätere Verspannungsprüfungen aufs Spiel setzen kann.

Aus der US-PS 3 788 186 ist noch eine weitere Ausführung eines verspannbaren Kopfbolzens mit Mitteln zur Beanspruchungsanzeige bekannt. Der Bolzenkopf ist dabei mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen, in die Stücke eines zerbrechlichen Materials eingesetzt sind. Aufgrund der axialen Verspannung des Bolzens wird sein Kopf derart verformt, daß sein oberer Bereich Druckkräften unterliegt, und wenn die Verspannkraft im Bolzen ein bestimmtes Maß erreicht, zerbrechen die spröden Stücke, was sich leicht wahrnehmen läßt. Dieses Mittel zur Anzeige der Verspannkraft ist jedoch dahingehend von Nachteil, daß es keine spätere Verspannungsprüfung mehr zuläßt. Auch ist damit keine Anzeige einer Verminderung

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der Bolzenverspannung möglich,

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der vorbekannton Kopfbolzenausbildungen zu vermeiden und einen einfachen und billigen axial verspannbaren Kopfbolzen zu schaffen, bei dem die Verspannkraft durch unmittelbare Messung der Verformung des Bolzenkopfes angezeigt werden kann.

Ausgehend von einem Kopfbolzen der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kopf mit zwei einander gegenüberliegenden Meßpunkten versehen ist, die in einer Ebene lotrecht zur Bolzenachse und quer zu der Schwächungsstelle bzw. den Schwächungsstellen derart gelegen sind, daß der Relativabstand zwischen ihnen in Abhängigkeit vom Ansteigen der vom Bolzen übertragenen Axialkraft abnimmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine erste Ausführungsform eines axial

verspannbaren Kopfbolzens teils im Axialschnitt und teils ungeschnitten zur Verspannung zweier Konstruktionselemente ,

Fig. 2: eine Stirnansicht auf den Kopf des

Bolzens nach Fig. 1,

Fig. 3: einen Axialschnitt durch den Kopfbereich

des Bolzens in einer gegenüber Fig. 1 um 9o ° gedrehten Schnittebene gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4: teilweise im Axialschnitt wie in Fig.

den Kopfbereich des Bolzens nach Fig. 1 mit einer daran angesetzten Meßuhr,

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Fig. 5: in Seitenansicht eine andere Aus

führung eines axial verspannbaren Kopfbolzens gemäß der Erfindung in Verbindung mit zwei im Schnitt dargestellten zu verspannenden Konstruktionselementen ,

Fig. 6: eine Draufsicht auf den Kopf des

Bolzens nach Fig. 5 und

Fig. 7: einen Querschnitt durch den Bolzen

nach Fig. 5 gemäß der dortigen Linie VII-VII mit einer Unteransicht des Bolzenkopfes.

In Fig. 1 ist eine Schraubverbindung mit einem mit Gewinde versehenen Kopfbolzen 2o zum Verbinden eines mit einer Durchganqsbohrung versehenen Plattenelements A mit einem Element B versehen, das eine Sackbohrung mit Innengewinde enthält. Der Kopfbolzen 2o weist einen 6-eckigen Kopf 21 auf, an welchem beispielsweise ein Steckschlüssel zur Ausübung eines Anziehmoments auf den Bolzen ansetzbar ist. An seinem unteren Ende hat der Bolzenkopf 21 eine ringförmige Berührungsfläche 22, mit welcher die vom Bolzen 2o ausgeübte Verspannkraft auf das Element A übertragen wird. Zwischen dem Kopf 21 und dem Element A befindet sich eine Unterlegscheibe 23.

Der Bolzenkopf 21 ist mit einem Querschlitz 25 versehen, der von der freien Stirnfläche des Bolzenkop.fs ausaeht und sich durch diese erstreckt. Der Schlitz 25 hat einen bogenförmigen Boden 27, dessen tiefste Stelle sich im Zentrum des Bolzens befindet. Zweck des Schlitzes 25 ist die Bildung einer Schwächungsstelle im Kopf 21 und dadurch die Förderung einer quer zum Schlitz verlaufenden elastischen Verformung aufgrund der im Bolzen auftretenden Verspannkraft.

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Infolge des Schlitzes 25 ist der Bolzenkopf 21 in einer hohl definierten Richtung geschwächt, was bedeutet, daß eine Verformung des Kopfes quer zu dem Schlitz 25 auftritt, während im wesentlichen in Richtung des Schlitzes keinerlei Verformung entsteht.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Bolzen zu schaffen, bei welchem die beim Festziehen auftretende axiale Verspannung in ihrer Größe als Querverformung des Kopfes oder noch genauer als eine Zusammendrückung des Schlitzes 25 meßbar ist.

Demgemäß ist der Bolzenkopf 21 mit zwei Meßpunkten 28, 29 versehen, die an einander gegenüberliegenden Stellen des Schlitzes 25 längs einer geraden Linie 3o anoeordnet sind, die sich quer zu dem Schlitz 25 und senkrecht zur Bolzenachse C erstreckt. Die Meßpunkte 28, 29 sind nahe der oberen Stirnfläche 26 des Bolzenkopfes gelegen, wo die Zusammendrückung des Schlitzes 25 ihren Größtwert hat. Der Abstand zwischen den Meßpunkten 28, 29 nimmt in Abhängigkeit von der zunehmenden Axiallast, die vom Bolzen übertragen wird, ab.

Durch Messen des Abstandes zwischen den Punkten 28 und 29 am Bolzen, wenn dieser eine Axialkraft überträgt, und Vcraleich des Abstandes mit dem gleichen Abstand bei unbelasteten Bolzen wird eine Differenz erhalten, die gemäß Versuchsdaten für den infragestehenden Bolzen in die augenblickliche axiale Belastung des Bolzens überführbar ist.

Ein anderer Weg zur Bestimmung der Verformung des Bolzenkopfes und dadurch der vom Bolzen übertragenen Kraft besteht im Messen des Abstandes zwischen einem Paar von Bezugspunkten 32, 33 am Boden des Schlitzes 25. Die Bezugspunkte 32, 33 sind in einer Querebene axial von derjenigen Querebene versetzt gelegen, in welcher sich die Meßpunkte 28, 29 befinden. An der tiefsten Stelle des Schlitzbodens 27, d.h. dem Bereich,

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der sich am weitesten von der oberen Stirnfläche 26 des Bolzenkopfes entfernt befindet, übt der Schlitz 25 keine schwächende Wirkung auf den Bolzenkopf 21 aus. Dies bedeutet, daß an dieser Stelle im wesentlichen keine Verformung des Bolzenkopfes 21 auftritt und der Abstand zwischen den Bezugspunkten 32, 33 von der vom Bolzen übertragenen Last unbeeinflußt bleibt.

Durch Verwendung der Bezugspunkte zur Bestimmung des Ausmaßes der Verformung des Bolzenkopfes 21 ist die Möglichkeit geaeben, die axiale Belastung in einem angezogenen Bolzen zu einem früheren Zeitpunkt zu bestimmen.

Die Messung der relativen Entfernungen zwischen den Punkten 28, 29 und 32, 33 wird mittels einer Meßuhr 34 herkömmlicher Art ausgeführt. In Fig. 4 sind die Meßbacken 35, 36 der Meßuhr 34 in Berührung mit den Meßpunkten 28, 29 unmittelbar unterhalb der oberen Stirnflächen 26 des Bolzenkopfes 21 gebracht, wo der Abstand zwischen den Meßpunkten bestimmt wird. Durch Bewegung der Meßuhr 34 nach unten längs der Achse C des Bolzens 2o werden die Meßbacken 35, 36 in Anlage mit den Bezugspunkten 32, 33 gebracht, und es wird ein Bezugswert gemessen.

Um eine geeignete Ausrichtung zwischen der Meßuhr 34 und der Achse C des Bolzens 2o sicherzustellen, ist erstere mit einer Führungshülse 37 versehen. Letztere hat einen oberen Halsteil 38, der teleskopartig von einem zylindrischen Teil

39 der Meßuhr 34 getragen wird. An ihrem unteren Ende ist die Führungshülse 37 mit einer ringförmigen Berührungsfläche

40 zur Anlage gegen die obere Stirnfläche des Bolzenkopfes

21 versehen. Eine Schraubendruckfeder 21 spannt die Führungshülse 37 nach abwärts im Verhältnis zur Meßuhr 34 vor.

Alternativ kann das Ausmaß der Verformung des Bolzenkopfes 21 durch Verwendung der ursprünglichen Seite des Schlitzes

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vor dein Anziehen des Bolzens als Bezugsgröße und lediqlich Messung des tatsächlichen Abstandes zwischen den Meßpunkten 28, 29 bestimmt werden. In diesem Fall würde die Eindringtiefe eines axial beweglichen konischen Meßwerkzeuges in die Schlitzöffnung genügen, um das tatsächliche Ausmaß der Verformung und die vom Bolzen übertragene Last festzustellen.

Dieses Verfahren ist in Verbindung mit Maschinenwerkzeugen brauchbar, da die Einführung eines axial beweglichen Meßwerkzeugs die Ausbildung der gegenwärtig verfügbaren Maschinenwerkzeuge nicht wesentlich beeinflußt, und das konische Meßwerkzeug ist außerdem unabhängig von jeglicher besonderer relativer Winkellage zwischen der Steckmuffe des Maschinenwerkzeugs und dem Bolzenkopf.

In Fig. 2 ist eine Schraubbolzenverbindung dargestellt, bei welcher die Verspannkraft von einem Bolzen gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung aufgebracht wird. Die Plattenelemente A und B werden mittels eines Bolzens 5o gegeneinander verspannt, der einen 6-eckigen Kopf 51 aufweist. Letzterer hat eine ringförmige Berührungsfläche 52, mit welcher die axiale Verspannkraft des Bolzens 5o auf das Element A über eine Unterlegscheibe 53 übertragen wird.

Der Bolzenkopf 51 enthält einen durch die Mitte verlaufenden bogenförmigen Schlitz 55, der eine Schwächungsstelle im Bolzenkopf bildet. Wie bei dom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dient diese Schwächungsstelle zur Förderung einer quer gerichteten Verformung des Bolzenkopfes 51, wenn der Bolzen 5o einer axialen Verspannung dergestalt unterworfen wird, daß sich die oberen Teile beiderseits des Schlitzes 55 einander nähern.

Der Bolzenkopf 51 enthält ferner eine flache zylindrische Einsenkung 56, die koaxial zur Bolzenachse C verläuft. An der zylindrischen Wand dieser Einsenkung 56 befinden sich

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zwei einander gegenüberliegende Meßpunkte 58, 59, die auf einer Geraden 6o liegen, welche sich lotrecht zur Bolzenachse C und ebenso quer zum Schlitz 55 erstreckt.

Die zylindrische Einsenkung 56 macht es möglich, nicht nur zwei Meßpunkte 58, 59 vorzusehen, sondern auch zwei Bezugspunkte 62, 63. Letztere sind in derselben Querebene wie die Meßpunkte 58, 59 gelegen. Sie befinden sich jedoch auf einer Geraden 61, die senkrecht zu der Geraden 6o durch die Meßpunkte 58, 59 gerichtet ist und lotrecht auf der Bolzenachse C steht. Wenn sich der Schlitz 55 in der gleichen Richtung erstreckt wie die Gerade 61, auf der die Bezugspunkte 62, liegen, sind letztere auf die beiden Seiten des Schlitzes auszudehnen, -und es ist eine Meßeinrichtung mit Meßbacken zu verwenden, welche den Schlitz 55 überbrücken.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Meßpunkte 58, 59 und die Bezugspunkte 62, 63 derart angeordnet, daß der Umstand ausgenützt wird, daß jegliche Verformung des Bolzcnkopfes 51 in einer Richtung quer zu dem schwächenden Schlitz 55 erfolgt, während im wesentlichen überhaupt keine Verformung in Richtung des Schlitzes 55 auftritt. Dies bedeutet, daß der Abstand zwischen den Bezugspunkten 62, 63 von der Belastung des Bolzens unbeeinflußt bleibt und zu jeglichem Zeitpunkt vor, während oder nach der Aufbringung der Verspannungskraft am Bolzen gemessen werden kann.

Um sicherzustellen, daß die gesamte den Kopf biegende Verformung tatsächlich quer zum Schlitz 55 stattfindet, ist gemäß Fig. 7 die ringförmige Berührungsfläche 52 des Bolzenkopfes 51 mit zwei zueinander parallel verlaufenden Abschrägungen 65, 66 versehen, die sich quer zur Richtung des Schlitzes erstrecken. Dadurch wird der Hauptteil der zwischen dem Bolzenkopf 51 und der Unterlegscheibe 53 auftretenden Kraftübertragung auf Abschnitte der Berührungsfläche 52 verlagert, die

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auf einander gegenüberliegenden Seiten der Schlitzebene liegen, so daß die Pegelwirkung am Bolzenkopf 51 mehr zu dem Schlitz 55 verstärkt wird.

Patenansprüche At 8996 / 12.11 .1979

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Axial verspannbarer Kopfbolzen, dessen Kopf mit einer oder mehreren Schwächungsstellen zur Förderung einer elastischen Verformung in Abhängigkeit von der den Bolzen beanspruchenden Axialkraft versehen ist, dadurch aekennzeichnet , daß der Kopf (21; 51) mit zwei einander gegenüberliegenden Meßpunkten (28, 29; 58, 59) versehen ist, die in einer Ebene lotrecht zur Bolzenachse (C) und quer zu der Schwächungsstelle bzw. den Schwächungsstellen (25; 55) derart gelegen sind, daß der Relativabstand zwischen ihnen in Abhängigkeit vom Ansteigen der vom Bolzen übertragenen Axialkraft abnimmt.
2. Kopfbolzen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Schwächungsstelle bzw. Schwächungsstellen (25; 55) aus einem oder mehreren parallelen Schlitzen bestehen, die sich in einen oder mehreren Längsebenen quer durch den Bolzenkopf (21; 51) erstrecken, wobei die Meßpunkte (28, 29; 58, 59) entlang einer Geraden lieaen, die sich quer zu dem Schlitz bzw. den Schlitzen erstreckt.
3. Kopfbolzen nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß zwei diametral gegenüberliegende Bezugspunkte (62, 63) am Bolzenkopf (51) in im wesentlichen derselben Ebene wie die Meßpunkte (58, 59), aber entlang einer Linie angeordnet sind, die senkrecht zu der die Meßpunkte (58, 59) enthaltene Linie verläuft, dergestalt, daß der relative Abstand zwischen den Bezugspunkten (62, 63) von der Verspannkraft im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.
4. Kopfbolzen nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenkopf (51) eine zentrale zylindrische-Einsenkung (46) aufweist, und daß die Meßpunkte (58, 59) und die Bezugspunkte (62, 63) alle an der zylindrischen Wandung der Einsenkung (56) gelegen sind.

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5. Kopfbolzen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Schlitz (25; 55) vorhanden ist, der sich durch die Mitte des Bolzenkopfs (21; 51) erstreckt und einen bogenförmigen Boden aufweist.
6. Kopfbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwei diametral gegenüberliegende Bezugspunkte (32, 33) am Bolzenkopf (21) in einer Ebene vorgesehen sind, die lotrecht zur Bolzenachse (C) und im Axialabstand zu der die Meßpunkte (28, 29) enthaltenden Querebene liegt, dergestalt, daß die Meßpunkte (28, 29) auf derselben axialen Höhe der freien Stirnfläche (28) des Bolzenkopfes (21) und die Bezugspunkte (32, 33) auf der axialen Höhe des Schlitzbodens (25) liegen.
7. Kopfbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß nur ein Schlitz (25) mit parallelen Seitenwänden vorhanden ist und daß die Meßpunkte (28, 29) und die Bezugspunkte (32, 33) alle an den Seitenwänden des Schlitzes (25) gelegen sind.

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