DE3805301C1 - Device for measuring the prestressing force of screwed connections - Google Patents
Device for measuring the prestressing force of screwed connectionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Vorspannkraft von Schraubverbindungen während des Verschraubungsvorganges mit einer zwischen einem Schraubwerkzeug und der anzuziehenden Schraube angeord neten Adaptereinheit.The invention relates to a device for measuring the Preload of screw connections during the Screwing process with one between one Screwing tool and the screw to be tightened neten adapter unit.
Eine derartige Einheit ist aus der DE-OS 35 20 941 bekannt.Such a unit is from DE-OS 35 20 941 known.
Bei der Montage von technischen Strukturen bzw. von Geräten werden zunehmend höhere Anforderungen bezüglich der Einhaltung der konstruktiven Vorgaben, zu denen auch die einzustellenden Vorspannkräfte von Schraubver bindungen gehören, gestellt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, diese Vorspannkräfte während des Anzie hens der Schraubverbindung mit der größtmöglichen Genauigkeit zu messen. Dies geschieht im allgemeinen mit Hilfe von Drehmomentschlüsseln, indem das der vorgegebenen Vorspannkraft entsprechende Anzugsmoment errechnet und am Drehmomentschlüssel voreingestellt bzw. abgelesen wird.When assembling technical structures or Devices are becoming increasingly demanding compliance with the design specifications, to which also the prestressing forces to be set by Screwdriver bindings belong. That's why it is required this preload during tightening screw connection with the largest possible To measure accuracy. This generally happens with the help of torque wrenches by the specified tightening torque calculated and preset on the torque wrench or is read.
Aus der DE-OS 35 20 941 ist bereits eine Adaptereinheit zur Messung der Vorspannkraft bekannt, die zwischen dem Schraubwerkzeug und der anzuziehenden Schraube angeord net ist. Hierbei handelt es sich um eine Drehmoment- Meßhülse, wobei die Vorspannung mittelbar über das Abzugsmoment durch eine Drehmomentmeßwelle gemessen wird.From DE-OS 35 20 941 there is already an adapter unit to measure the preload known between the Screwing tool and the screw to be tightened is not. This is a torque Measuring sleeve, the bias indirectly via the Trigger torque measured by a torque measuring shaft becomes.
Weiterhin ist nach der US-PS 29 77 832 eine Adapterein heit mit einer Schraubverbindung bekanntgeworden, und der Zustand der Schraubverbindung dient als Maß für die zu erreichende Vorspannung in der herzustellenden Schraubverbindung. Bei dieser Anordnung ist es nicht möglich, eine Vorspannkraft zu messen und eine Verände rung der Reibungsverhältnisse bei unterschiedlichen Schraubverbindungen wird nicht berücksichtigt.Furthermore, an adapter is according to US Pat. No. 2,977,832 became known with a screw connection, and the condition of the screw connection serves as a measure of the preload to be achieved in the Screw connection. With this arrangement it is not possible to measure a preload and a change tion of the friction conditions with different Screw connections are not taken into account.
Die DE-AS 25 21 428 offenbart eine Meßvorrichtung zur Messung einer Vorspannung einer Schraubverbindung, wobei eine axiale Vorspannkraft durch eine mit Dehnungsmeßstreifen versehene Hülse 8 gemessen wird. Für das Anziehen von Schrauben als Adapter ist diese Anordnung ungeeignet.DE-AS 25 21 428 discloses a measuring device for measuring a prestressing of a screw connection, an axial prestressing force being measured by a sleeve 8 provided with strain gauges. This arrangement is unsuitable for tightening screws as adapters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung bereitzustellen, die die unmittelbare Messung der Vorspannkraft während des Verschraubungsvorganges ermöglicht. The invention has for its object a Vorrich device to provide the immediate measurement of Preload force during the screwing process enables.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Adaptereinheit aus einer zu herzustellenden Schraub verbindung identisch aufgebauten Kombination aus einer Schraube und einer Mutter, einer zwischen diesen angeordneten und von diesen beaufschlagbaren Kraftmeß einrichtung für die axiale Vorspannkraft sowie einem mit der Mutter in kraftschlüssiger Verbindung stehenden Element zur Übertragung des Drehmomentes auf die herzustellende Schraubverbindung besteht.The invention solves this problem in that the Adapter unit from a screw to be manufactured connection identically constructed combination of a Screw and a nut, one between these arranged and acted upon by this force measurement device for the axial preload and a connected with the mother Element for transmitting the torque to the there is a screw connection.
Die äußere Wirkungsweise dieser Vorrichtung, die Übertragung des vom Schraubwerkzeug erzeugten Drehmo mentes auf die anzuziehende Schraubverbindung, ist dabei derjenigen von starren Verbindungsstücken in Form beispielsweise von Verlängerungsaufsätzen vergleichbar, zugleich aber liefert diese Vorrichtung eine aus der Verspannung der in ihr vorhandenen zweiten zur anzuzie henden Schraubverbindung identischen Schraubverbindung eine unmittelbare Information über die momentan herr schende Vorspannkraft am Bauteil. Dadurch wird er reicht, daß die bei der Konstruktion des Bauteils rechnerisch ermittelte Vorspannkraft einer Schraubver bindung direkt gemessen werden kann, ohne daß zunächst eine Umrechnung in ein entsprechendes Drehmoment erforderlich ist. The external operation of this device, the Transfer of the torque generated by the screwing tool mentes on the screw connection to be tightened thereby that of rigid connectors in the form for example comparable to extension attachments, but at the same time this device delivers one from the Tensioning the second one in it to attract existing screw connection identical screw connection an immediate information about the current mr prestressing force on the component. This will make him is enough for the construction of the component arithmetically determined preload of a screw bond can be measured directly without first a conversion into a corresponding torque is required.
Dies wird dadurch erreicht, daß in der erfindungsge mäßen Vorrichtung die gleichen Komponenten, die auch am Bauteil miteinander verschraubt werden sollen, an einem Kraftaufnehmer, quasi simulierend, miteinander ver schraubt werden. Indem dabei sichergestellt ist, daß bei beiden Schraubverbindungen die gleichen Bedingungen hinsichtlich Reibung, Form und Größe vorliegen, ist gewährleistet, daß auch die herrschenden Vorspannkräfte identisch sind.This is achieved in that in the fiction device the same components as on Component to be screwed together on one Force transducers, quasi simulating, ver be screwed. By ensuring that the same conditions for both screw connections in terms of friction, shape and size ensures that the prevailing prestressing forces are identical.
In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorrichtung besteht die Kraftmeßeinrichtung aus einer Hülse, deren Innendurchmesser in etwa dem Außen durchmesser der anzuziehenden Schraube entspricht und auf der wenigstens ein, vorzugsweise jedoch zwei Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, die mit einer elektronischen Verstärker- und Anzeigeeinheit in Verbindung stehen. Dies ermöglicht eine zugleich zuverlässige und exakte Ermittlung der Vorspannkraft aufgrund der von den Dehnungsmeßstreifen gemessenen elastischen Verformung der Hülse, die im hier vor liegenden Fall axialer Krafteinleitung in einer Längen änderung besteht.In the preferred embodiment of the fiction The device consists of the force measuring device a sleeve, the inside diameter of which is roughly the outside corresponds to the diameter of the screw to be tightened and on the at least one, but preferably two Strain gauges are arranged with a electronic amplifier and display unit in Connect. This enables one at the same time reliable and exact determination of the preload based on those measured by the strain gauges elastic deformation of the sleeve in the here before lying case of axial force transmission in one length change exists.
Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen konstruk tiven Maßnahmen stellen sicher, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch bei häufigem Einsatz stets zuverlässig und genau arbeitet und daß sie gegenüber Verschmutzungen und Beschädigungen weitgehend geschützt ist.The construct indicated in the further claims Tive measures ensure that the device according to the invention, even with frequent use works reliably and accurately and that they are opposite Dirt and damage largely protected is.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden. Es zeigt
In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing. It shows
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Vorspann kraft von Schraubverbindungen in teilweise geschnittener Darstellung und Fig. 1 shows a device for measuring the preload force of screw connections in a partially sectioned view
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 zusammen mit einer anzuziehenden Schraubverbindung, ebenfalls in teilweise geschnittener Darstellung. Fig. 2 shows the arrangement of FIG. 1 together with a screw connection to be tightened, also in a partially sectioned illustration.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are the same Provide reference numerals.
Die Vorrichtung zur Messung der Vorspannkraft von Schraubverbindungen während des Verschraubungsvorganges stellt eine Adaptereinheit 1 dar, die mit einem her kömmlichen Schraubwerkzeug, in diesem Fall einem Drehmomentschlüssel 2, zusammenwirkt. Im einzelnen besteht die Adaptereinheit 1 aus einer Schraube 3, einer Mutter 4, einer zwischen diesen angeordneten Kraftmeßeinrichtung 5 sowie einem hier separat darge stellten Übertragungselement 6.The device for measuring the prestressing force of screw connections during the screwing process is an adapter unit 1 , which interacts with a conventional screwing tool, in this case a torque wrench 2 . Specifically, the adapter unit 1 consists of a screw 3 , a nut 4 , a force measuring device 5 arranged between them and a transmission element 6 shown here separately.
Die Schraube 3 und die Mutter 4 sind, ebenso wie eine Unterlegscheibe 7, identisch mit denjenigen Komponen ten, die eine Schraubverbindung zum Zusammenfügen zweier, in diesem Fall plattenförmiger Bauteile, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, bilden und die mit vorgegebener, definierter Vorspannkraft anzuziehen sind.The screw 3 and the nut 4 , like a washer 7 , are identical to those components that form a screw connection for joining two, in this case plate-shaped components, as shown in FIG. 2, and those with a predetermined, more defined Preload are to be tightened.
Zwischen der Schraube 3 und der Mutter 4 bzw. der Unterlegscheibe 7 ist eine zylindrische Hülse 8 ange ordnet, auf deren Außenseite einander gegenüberliegend zwei in axialer Richtung angeordnete Dehnungsmeßstrei fen 9 mittels Klebetechnik appliziert sind, von denen einer in der Zeichnung dargestellt ist. Die Dehnungsmeßstreifen 9 sind zu einer elektrischen Widerstandsmeßbrücke verschaltet und mit einer elektro nischen Verstärker- und Anzeigeeinheit verbunden, die die Speisespannung für die Meßbrücke liefert und in der die bei einer Längenänderung der Hülse 8 erzeugte Brückenverstimmung in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt und angezeigt wird.Between the screw 3 and the nut 4 or the washer 7 , a cylindrical sleeve 8 is arranged, on the outside of which two axially arranged Dehnungsmeßstrei fen 9 are applied by means of adhesive technology, one of which is shown in the drawing. The strain gauges 9 are connected to an electrical resistance measuring bridge and connected to an electronic amplifier and display unit which supplies the supply voltage for the measuring bridge and in which the bridge detuning generated when the sleeve 8 is changed in length is converted into an electrical measuring signal and displayed.
Der Innendurchmesser der Hülse 8 ist größer als der Außendurchmesser der Schraube 3 gewählt, zu der sie konzentrisch liegend angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Bauteilen sind an beiden Endbereichen der Hülse 8 Buchsen 10 und 11 angeordnet, die jeweils mit kragen förmigen Ansätzen 12 und 13 versehen sind, deren Außendurchmesser in etwa demjenigen der Unterlegscheibe 7 bzw. des Kopfteils der Schraube 3 entspricht. Zu sammen mit diesen Buchsen 10 und 11 bildet die Hülse 8 die eigentliche Kraftmeßeinrichtung 5. Die Hülse besteht aus einem Werkstoff, der so ausgewählt wurde, daß er einen ausreichend hohen Elastizitätsmodul aufweist, so daß sichergestellt ist, daß die beiden bei den einzustellenden Vorspannkräften auftretenden axialen Belastungen an der Hülse 8 lediglich elastische Verformungen hervorrufen, die bei einer anschließenden Entlastung vollständig reversibel sind.The inner diameter of the sleeve 8 is chosen to be larger than the outer diameter of the screw 3 , to which it is arranged lying concentrically. Between these two components 8 bushes 10 and 11 are arranged on both end regions of the sleeve, each of which is provided with collar-shaped shoulders 12 and 13 , the outer diameter of which corresponds approximately to that of the washer 7 or the head part of the screw 3 . Together with these bushings 10 and 11 , the sleeve 8 forms the actual force measuring device 5 . The sleeve is made of a material that has been selected so that it has a sufficiently high modulus of elasticity, so that it is ensured that the two axial loads occurring at the prestressing forces on the sleeve 8 only cause elastic deformations, which are complete with a subsequent relief are reversible.
Das im rechten Teil der Fig. 1 dargestellte Übertra gungselement 6 weist die Form eines zylindrischen Gehäuses auf, dessen Innendurchmesser hinreichend Platz zur Aufnahme der vorstehend beschriebenen Komponenten bietet und an dessen einem in der Zeichnung unteren Endbereich eine der Größe der Mutter 4 angepaßte sechskantförmige Aufnahme 14 eingeformt ist. Der andere Endbereich des Gehäuses 6 ist so ausgebildet, daß er über ein zwischen dem Drehmomentschlüssel 2 und der Schraube 3 angeordnetes Verbindungsstück 15 geschoben werden kann, wobei ein in eine entsprechende Nut einzulegender Sprengring 16 eine formschlüssige Verbin dung von Gehäuse 6 und Verbindungsstück 15 bewirkt.The transmission element 6 shown in the right-hand part of FIG. 1 has the shape of a cylindrical housing, the inside diameter of which offers sufficient space for accommodating the components described above and on one of the lower end regions in the drawing one of the size of the nut 4 adapted hexagonal receptacle 14 is molded. The other end region of the housing 6 is designed such that it can be pushed over a connecting piece 15 arranged between the torque wrench 2 and the screw 3 , a snap ring 16 to be inserted into a corresponding groove causing a positive connection between the housing 6 and the connecting piece 15 .
Bei dem Verbindungsstück 15 handelt es sich um ein handelsübliches Bauteil, wie es zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem das Anzugs moment des Drehmomentschlüssels 2 übertragenden Vier kant 17 und dem Kopf der zu beaufschlagenden Schraube 3, in diesem Fall einer Schraube mit einem Innensechs kant, verwendet wird. Zu diesem Zweck ist das Verbin dungsstück an seinem einen Ende mit einer quadratischen Aufnahme versehen, in der der Vierkant 17 mittels federnd gelagerter Kugel 18 arretierbar ist, während sein anderes Ende eine dem Schraubenkopf angepaßte sechskantförmige Gestalt aufweist.The connecting piece 15 is a commercially available component such as is used to produce a non-positive connection between a square 17 which transmits the tightening torque of the torque wrench 2 and the head of the screw 3 to be acted upon, in this case a screw with a hexagon socket, is used. For this purpose, the connec tion piece is provided at one end with a square receptacle in which the square 17 can be locked by means of a spring-loaded ball 18 , while its other end has a hexagonal shape adapted to the screw head.
Das untere Ende des Gehäuses 6 ist sich verjüngend ausgebildet und mündet ebenfalls in einen vierkant förmigen Endbereich 19, dessen Abmessungen denjenigen des Vierkants 17 entsprechen.The lower end of the housing 6 is tapered and also opens into a square end region 19 , the dimensions of which correspond to those of the square 17 .
Die bereits erwähnte elektronische Verstärker- und Anzeigeeinheit 20 schließlich ist im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels unmittelbar auf dem Drehmomentschlüssel 2 gehaltert.Finally, the aforementioned electronic amplifier and display unit 20 is held directly on the torque wrench 2 in the case of the exemplary embodiment shown here.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrich tung soll anhand der Darstellung gemäß Fig. 2 erläutert werden. Im oberen Teil dieser Figur ist noch einmal die bereits erläuterte Anordnung gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei die einzelnen Komponenten der Adaptereinheit 1 in dem zugleich als Gehäuse dienenden Übertragungselement 6 liegend dargestellt sind. Im unteren Teil der Figur ist eine aus einer Schraube 21, einer Mutter 22 sowie zwei Unterlegscheiben 23 und 24 bestehende Schraubverbindung gezeigt, mit deren Hilfe zwei plat tenförmige Bauteile 25 und 26 mit einer definierten, vorgegebenen Vorspannkraft zusammengefügt werden sollen.The operation of the Vorrich device described above will be explained with reference to the illustration in FIG. 2. In the upper part of this figure, the already explained arrangement according to FIG. 1 is shown again, the individual components of the adapter unit 1 being shown lying in the transmission element 6, which also serves as the housing. In the lower part of the figure, a screw connection consisting of a screw 21 , a nut 22 and two washers 23 and 24 is shown, by means of which two plat-shaped components 25 and 26 are to be joined together with a defined, predetermined pretensioning force.
Die Schraube 21, Mutter 22 sowie Unterlegscheiben 23 und 24 sind dabei identisch mit den entsprechenden Komponenten der Adaptereinheit 1. Auch das zwischen der Adaptereinheit 1 und der Schraube 21 zur Übertragung des Drehmoments angeordnete Verbindungsstück 27 ent spricht dem zwischen dem Drehmomentschlüssel 2 und der Schraube 3 angeordneten.The screw 21 , nut 22 and washers 23 and 24 are identical to the corresponding components of the adapter unit 1 . The connector 27 arranged between the adapter unit 1 and the screw 21 for transmitting the torque also speaks to the one arranged between the torque wrench 2 and the screw 3 .
Werden nun beim Betätigen des Drehmomentschlüssels 2 und dem dadurch eingeleiteten Anziehvorgang die Schrau be 3, Mutter 4 mit Unterlegscheibe 7 und Kraftmeßein richtung 6 miteinander verspannt, so wirkt auf die letztere axiale Richtung eine Druckkraft, die eine Längenänderung der Hülse 8 hervorruft. Diese überträgt sich auch auf die Dehnungsmeßstreifen 9 und führt zu einem entsprechenden Meßsignal, das in der Anzeigeein heit 20 dargestellt wird.Are now when pressing the torque wrench 2 and the resulting tightening the screw be 3 , nut 4 with washer 7 and Kraftmeßein device 6 braced together, acts on the latter axial direction, a compressive force that causes a change in length of the sleeve 8 . This is also transmitted to the strain gauges 9 and leads to a corresponding measurement signal, which is shown in the display unit 20 .
Das über den Drehmomentschlüssel 2 in die Vorrichtung eingeleitete Moment wird durch das Übertragungselement 6 und das Verbindungsstück 27 auch auf die Schraubver bindung an den Bauteilen 25 und 26 übertragen, wo aufgrund des identischen Aufbaus der beiden Schraubver bindungen die gleiche Vorspannung an den Bauteilen 25 und 26 herrscht, wie sie auch mit Hilfe der Kraftmeß einrichtung 6 gemessen wird. Dadurch ist es möglich, durch weiteres Anziehen des Drehmomentschlüssels 2 exakt die vorgegebene Vorspannkraft an den Bauteilen 25 und 26 zu erzeugen. The torque introduced into the device via the torque wrench 2 is also transmitted through the transmission element 6 and the connecting piece 27 to the screw connection on the components 25 and 26 , where, due to the identical structure of the two screw connections, the same preload on the components 25 and 26 there is how it is also measured with the help of the force measuring device 6 . This makes it possible, by further tightening the torque wrench 2, to exactly generate the predetermined pretensioning force on the components 25 and 26 .
Anzumerken ist noch, daß die Erfindung weder auf den in den Figuren dargestellten Typ einer Schraubverbindung noch auf die Verwendung eines Drehmomentschlüssels als Schraubwerkzeug beschränkt ist. Sie kann vielmehr für die verschiedensten Arten von Schraubverbindungen und Schraubwerkzeugen eingesetzt werden, insbesondere kann sie auch im Zusammenhang mit automatischen Montage prozessen verwendet werden, wobei das Signal der Kraftmeßeinrichtung unmittelbar zur Ansteuerung der Antriebseinheit für das Schraubwerkzeug benutzt werden kann. It should also be noted that the invention is neither based on the in the type of screw connection shown in the figures still on the use of a torque wrench as Screwing tool is limited. Rather, it can be used for the most diverse types of screw connections and Screwing tools can be used, in particular can they also related to automatic assembly processes are used, the signal of Force measuring device directly for controlling the Drive unit for the screwing tool can be used can.
BezugszeichenlisteReference symbol list
1 Adaptereinheit (gesamte Vorrichtung)
2 Drehmomentschlüssel
3 Schraube
4 Mutter
5 Kraftmeßeinrichtung (gesamt)
6 Übertragungselement (Gehäuse)
7 Unterlegscheibe
8 Hülse
9 Dehnungsmeßstreifen
10, 11 Buchsen
12, 13 Ansätze
14 Aufnahme
15 Verbindungsstück
16 Vierkant
18 Kugel
19 Vierkantansatz
20 Verstärker- und Anzeigeeinheit
21 Schraube
22 Mutter
23, 24 Unterlegscheibe
25, 26 plattenförmige Bauteile
27 Verbindungsstück 1 adapter unit (entire device)
2 torque wrenches
3 screw
4 mother
5 force measuring device (total)
6 transmission element (housing)
7 washer
8 sleeve
9 strain gauges
10, 11 sockets
12, 13 approaches
14 recording
15 connecting piece
16 square
18 bullet
19 square neck
20 amplifier and display unit
21 screw
22 mother
23, 24 washer
25, 26 plate-shaped components
27 connector
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883805301 DE3805301C1 (en) | 1988-02-20 | 1988-02-20 | Device for measuring the prestressing force of screwed connections |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883805301 DE3805301C1 (en) | 1988-02-20 | 1988-02-20 | Device for measuring the prestressing force of screwed connections |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3805301C1 true DE3805301C1 (en) | 1989-04-20 |
Family
ID=6347789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883805301 Expired DE3805301C1 (en) | 1988-02-20 | 1988-02-20 | Device for measuring the prestressing force of screwed connections |
Country Status (1)
Country | Link |
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