DE4122687A1

DE4122687A1 - Gewindeverbindung mit ueberlastanzeige

Info

Publication number: DE4122687A1
Application number: DE19914122687
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Stockmann; Gerd Dr Ing Engelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-01-28
Also published as: DE4122687C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewindeelement bestehend aus Mutter und Scheibe und soll vorzugsweise im Maschinenbau, Kraftwerks- und Anlagenbau, Stahlhochbau, sowie in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden und zur Anzeige von Überlastungen von Gewinde verbindungen dienen.

Gewindeverbindungen weisen auf Grund der ungleichförmigen Last verteilung und der hohen Kerbwirkung eine Spannungsüberhöhung im Kerbgrund des ersten tragenden Gewindegangs auf, die bei schwin gender Belastung haltbarkeitsbestimmend ist. Aus diesem Grund war es stets Anliegen der Gewindeforschung, Formen zu entwickeln, die diese Spannungserhöhung einschränken bzw. abbauen.

In: Jahnke, E.: Belastungsverteilung in Gewindeverbindungen mit Steigungsdifferenzen. Diss. 1979, Univ. Dortmund.
Hirchenhain, A.: Beitrag zur Ermittlung der Spannungsverteilung in Schrauben-Mutter-Verbindungen mittels Spannungsoptik. Diss. 1981, TU Clausthal.
Kober, A.: Schäden an großen Schraubverbindungen Der Maschinenschaden 59 (1986) 1, S. 1-9.
Patterson, E. A.; Kenny, B.: Stress analysis of some nut bolt connections with modifications to the external shape of the nut. Journal of Strain Analysis 22 (1987) S. 187-193.
Dragoni, E.: Effect of nut compliance on screw thread load distribution. Journal of Strain Analysis 25 (1990) S. 147-150.
sind konstruktive Möglichkeiten dazu angegeben. Besonders deut lich wird die Gewindelastverteilung durch eine von
Patterson, E.A.; Kenny, B.: The optimisation of the design of nuts with partly tapered threads. Journal of Strain Analysis 21 (1986) S. 77-84.
vorgeschlagene Mutternform vergleichmäßigt. Hier vergrößert sich der Nenndurchmesser am Muttereinlauf konisch bei vollständiger Ausbildung des ISO-Profils. Diese vom Tragverhalten nahezu ideale Mutter besitzt den Nachteil, daß sie nur mit großem Aufwand und nicht mit Standardwerkzeugen herstellbar ist.

Ein zweites Problem ist die Kontrolle und Anzeige einer definier ten Vorspannung bzw. statischen Überlast bei der Montage und wäh rend des Betriebs einer Schraubenverbindung. Während der Montage wird die geforderte Vorspannung im allgemeinen drehmoment-, dreh winkel- oder streckgrenzengesteuert aufgebracht. Im angezogenen Zustand ist die quantitative Vorspannungskontrolle durch Ultra schall-Laufzeitmessung nach
Salzberger, J.: Mit Ultraschall Schraubenspannungen prüfen Kontrolle 1990, Juli/August S. 15-16.
möglich, wobei eine Referenzmessung unabdingbar ist. Diese Metho den haben grundsätzlich den Nachteil, daß zusätzliche Geräte oder Meßtechnik erforderlich ist. Überlastkontrollen ohne hohen Gerä teaufwand ermöglichen die in DE-OS 29 39 096 angegebenen Anord nungen. Hier ist allerdings der Fertigungsaufwand insbesondere auf Grund der notwendigen hohen Paßgenauigkeit zwischen Unterleg scheibe und Keramikring sehr hoch.

Gewindeverbindungen, die die Spannungen abbauen und gleichzeitig die Überlastung anzeigen sind derzeit nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gewindeverbindung zu entwickeln, die eine sichere Anzeige der Überlast ermöglicht und dabei gleichzeitig diese abbaut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufla gefläche zwischen Mutter und Scheibe kegelförmig gestaltet ist und das sich in einem Spalt zwischen Scheibe und Mutter ein pla stisch leicht deformierbares Indikatormedium befindet. Bei Über schreiten einer bestimmten Nennlast gleitet die Mutter auf der Auflagefläche ab und weitet sich in ihrem zur Scheibe gewandten Teil auf. Dabei wird das Indikatormedium nach außen gedrückt und signalisiert eindeutig die Überlastung. Nachdem der Spalt ge schlossen ist, kann die Mutter nicht weiter abgleiten und es tritt ein stabiler Endzustand ein. Bei anschließender Entlastung bleibt die Anzeige erhalten, so daß Überlastungen auch nach Wie derherstellung normaler Betriebsbedingungen nachträglich eindeu tig angezeigt bleiben.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gewindeverbindung unter Verwendung der erfindungsge mäßen Mutter und Scheibe,

Fig. 2 Gewindeverbindung unter Verwendung von Draht oder Ringen,

Fig. 3 die Einarbeitung der Schräge unmittelbar in das Bauteil.

Bei der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung gem. Fig. 1 erfolgt bei einer bestimmten Nennlast ein Abgleiten der Mutter 1 auf den Auflageflächen 2, so daß eine Aufweitung des unteren Mutternteils durch elastisch-plastische Deformationen entsteht. Während dieses Vorgangs wird das im Spalt 4 eingebrachte Indikatormedium 5 pla stisch herausgedrückt und signalisiert deutlich den abgelaufenen Vorgang und damit einen bestimmten Lastzustand. Nachdem der Spalt geschlossen ist, kann die Mutter 1 nicht weiter abgleiten. Durch Variation des Neigungswinkels, der Gleitebene und der Spaltgröße können die jeweils günstigsten Verhältnisse eingestellt werden.

Weiterhin kann das Indikatormedium 5 durch ein Druckmeßglied er setzt werden, wodurch eine quantitative Anzeige möglich ist, oder die Lastanzeige erfolgt dadurch, daß am Durchmesser 6 der Mutter 1 in Richtung der Scheibe 3 eine Farbschicht o. ä. angebracht ist, die auf Grund der Aufweitung bei Überlast reißt. Diese Anordnung ist besonders einfach in der Herstellung.

Die Anordnung entsprechend Fig. 2 sieht vor, daß beim Aufweiten der Mutter 1 ein Draht 7 mit gedehnt wird und seine mechanische Zerstörung durch Bruch oder seine Widerstandsänderung als Maß für den Lastzustand dient.

Die Einarbeitung der Schräge unmittelbar in das Bauteil (Fig. 3) sieht vor, daß die Abschrägung mit den Gleitflächen unmittelbar in den Grundkörper 8 eingearbeitet ist. Damit entfällt bei voll ständigem Funktionsumfang die Scheibe 3.

Claims

1. Gewindeelement, bestehend aus Mutter und Scheibe, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (2) zwischen Mutter (1) und Scheibe (3) kegelförmig gestaltet ist und daß sich in ei nem Spalt (4) zwischen Mutter (1) und Scheibe (3) ein pla stisch leicht deformierbares Indikatormedium (5) befindet.

2. Gewindeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Indikatormedium (5) durch ein Druckmeßglied ersetzt wird, welches die Überlastung der Mutter (1) anzeigt.

3. Gewindeelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Durchmesser (6) der Mutter (1) in Richtung der Scheibe (3) eine Farbschicht o. ä. angebracht ist, die auf Grund der Aufweitung bei Überlast reißt.

4. Gewindeelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring, Draht o.a. (7) um die Mutter (1) gelegt wird, der bei Überlastung reißt.

5. Gewindeelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Messung der Widerstandsänderung des Ringes oder Drahtes (7) auf Überlastung der Gewindeverbindung geschlossen werden kann.

6. Gewindeelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Form der Scheibe (3) direkt in das Ma schinenbauteil (8) eingearbeitet ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß vor dem Fügen der eigentlichen Gewindever bindung eine plastische Aufweitung der Mutter erreicht wird und darausfolgend eine günstige Lastverteilung im Einsatz ent steht.