DE2541929A1

DE2541929A1 - Verfahren- und bolzen-anziehanordnung zum anziehen einer bolzenanordnung

Info

Publication number: DE2541929A1
Application number: DE19752541929
Authority: DE
Inventors: Richard A Walker
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5830115B2; FR2285653A1; GB1526947A; SE413295B; FR2285653B1; DE2541929C2; US3974685A; SE7510452L; JPS5157097A

Description

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Je.nkintown, Pennsylvania, USA

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MAXIMILIANSTRASSE 43

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Verfahren- und Bolzen-Anziehanordnung zum Anziehen einer Bolzenanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anziehen einer Bolzenanordnung od.dgl. auf eine gewünschte axiale Belastung sowie auf eine Bolzen-Ansiehanordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Bei der Ausführung von Verbindungskonstruktionen, die durch mechanische Befestigungsmittel verbunden sind, üben gewöhnlich die Befestigungsmittel eine bestimmte Zusammenhaltekraft oder Belastung auf die Konstruktionselemente aus, um das Zusammenfalten der Verbinduiigskonstruktion sicherzustellen. Wird die Verbindung hergestellt, so werden die Befestigungsmittel angezogen, damit sie eine bestimmte axiale Belastung auf die zugeordneten Konstruktionselemente ausüben. Die bisherigen Verfahren zum Anziehen "von mit Gewinde versehenen Befestigungsmitteln, wie Muttern und Bolzen, damit diese eine bestimmte Belastung auf die zugeordneten Konstruktionselemente ausüben können, sind

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jedoch nicht voll befriedigend. So benutzt z.B. das genaueste Verfahren zum Anziehen einer Bolzenanordnung eine Messung der axialen Dehnung oder Streckung des Bolzens, während dieser angezogen wird, wobei die Streckung in Beziehung zu der Kraft oder axialen Belastung gesetzt wird, die auf den Bolzen wirkt, indem zuvor Kraft-Streckungsbeziehungen berechnet werden. Obwohl dieses an genauesten ist, erlauben praktische Anwendungen gewöhnlich nicht die Messung der Streckung des Bolzens, und, bei Fällen, bei denen die Streckung gemessen werden kann, bedeutet dieses eine zeitraubende und relativ teure Maßnahme. Dieses Verfahren wird daher bei relativ wenigen Anwendungen außerhalb von Laborprüfungen benutzt.

Ein anderes bekanntes Verfahren zum Anziehen, das am häufigsten bei den meisten Verbindungsanordnungen benutzt wird, verwendet drehmomentgesteuerte Werkzeuge, d.h. Werkzeuge, die angeben, wenn das an die Befestigungsmittel gegebene Drehmoment gleich einem bestimmten Drehmoment ist oder dieses überschreitet, und unterbricht das Anziehen der Befestigungsmittel in Abhängigkeit davon. Die Drehmomentmessung ist relativ einfach und da das Drehmoment in Beziehung zu der axialen Kraft steht, die in das Befestigungsmittel eingegeben wird und auf die Konstruktionselemente ausgeübt wird, kann das bestimmte Drehmoment so gewählt werden, daß es theoretisch der bestimmten Zusammenhaltekraft für die jeweilige Verbindungskonstruktion entspricht. Werden jedoch mit Gewinde versehene Befestigungsmittel am Montageort angezogen, sind starke Abweichungen bei den tatsächlichen Drehmomentbeziehungen zu beobachtein. Diese Abweichungen sind durch eine Vielzahl von Faktoren bedingt, die zulässige Toleranzabweichungen in den Abmessungen und der Festigkeit der Befestigungsmittel und der Konstruktionselemente sowie das Vorhandensein oder das Fehlen einer Schmierung an den miteinander in Eingriff

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stellenden Flächen der Befestigungsmittel und/oder der Konstruktionselemente umfassen, die alle ihrerseits große Abweichungen des Reibungskoeffizienten zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Flächen der Verbindungskonstruktion bedingen. In der Praxis können Abweichungen bis zu +_ 30% der axialen Belastung auf die benutzten Bolzen bei einer bestimmten Anwendung und der jeweils gleichen Drehmomentgröße beobachtet werden. Das Verfahren der Drehmomentsteuerung ist daher nicht sehr genau.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine neue Bolzen-Anziehanordnung zu schaffen, mit denen Befestigungsmittel bis zu einer gewünschten Belastung angezogen werden können.

Bei einem Verfahren der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bolzenanordnung durch Aufbringen eines Drehmoments bis zu einer bekannten Belastung angezogen wird, daß das bei der bekannten Belastung aufgebrachte Drehmoment bestimmt wird, daß das zum Anziehen der Bolzenanordnung auf die gewünschte Belastung erforderliche Drehmoment mit Hilfe des zuvor bestimmten Drehmoments und der bekannten Belastung berechnet wird, und daß ein zusätzliches Drehmoment an die Bolzenanordnung gegeben wird, bis das aufgebrachte Drehmoment im wesentlichen gleich dem berechneten Drehmoment ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine BoIzen-Anziehanordnung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, die sich auszeichnet durch einen Bolzenschlüssel zum Anziehen der Bolzenanordnung.durch Aufbringen eines Drehmomentes, durch eine dem Bolzenschlüssel zugeordnete Meßeinrichtung zum Erzeugen eines das augenblicklich an die Bolzenänordnung gegebene Drehmoment angebenden Signals, durch, eine auf dieses Signal ansprechende Gradienten-Berechnungseinrichtung zum Erzeugen eines die Steigung einer Drehmoment Umdrehungs-Kurve angebenden Signals, die für die anzuziehen-

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de Bolzenanordnung aufgezeichnet werden kann, und durch eine, Steuereinrichtung, die auf eine ausgeprägte Änderung des Gradienten-Signals zum Berechnen des zum Anziehen der Bolzenanordnung bis zu der gewünschten, in dieser einzugebenden Belastung erforderlichen Drehmoments angibt.

Bei dem neuen Verfahren und der neuen Bolzen-Anziehanordnung wird vorzugsweise eine Befestigungsmittel-Anordnung benutzt, die .ein Teil mit einer bestimmten Konfiguration zum Anziehen eines Befestigungsmittels auf eine gewünschte Belastung aufweist, ohne daß irgendwelche anderen vorbestimmten Beziehungen benutzt werden müssen. Die Befestigungsmittel-Anordnung ist bei einer bestimmten Belastung deformierbar, wobei die Reibungseigenschaften der Befestigungsmittel-Anordnung nach ihrer Deformation jedoch nicht merkbar verändert werden. Auf diese Weise arbeitet das neue Verfahren und die neue Anziehanor'dnung sehr vielseitig, zuverlässig, wirtschaftlich und genau.

Bei dem neuen Verfahren wird eine Befestigungsmittel-Anordnung benutzt, die eine Änderung in der Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve bedingt, die für eine Befestigungsmittelanordnung aufgezeichnet werden kann, wenn diese bei einer bekannten Belastung angezogen wird. Ändert sich die Steigung •der Drehmoment-umdrehungs-KurvB, so wird das Drehmoment, bei dem diese Änderung auftritt, festgestellt,und zusammen mit der bekannten Belastung zum Berechnen des Drehmoments benutzt, das der gewünschten Belastung entspricht. Danach wird ein zusätzliches Drehmoment an die Befestigungsmittelanordnung gegeben, bis dae aufgebrachte Drehmoment im wesentlichen gleich dem berechneten Drehmoment ist.

Zum Ausführen dieses Verfahrens wird eine Bolzen-Anziehan-■ Ordnung benutzt, die einen Bolzenschlüssel zum Drehen eines Bolzene oder anderen Befestigungsmittels aufweist und an

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dieses ein Drehmoment abgibt. Dem Bolzenschlüssel ist eine geeignete Heßeinrichtung zum Messen des augenblicklichen Drehmomentes zugeordnet, das an das Befestigungsmittel abgegeben wird, die ein dieses Drehmoment darstellendes Signal erzeugt. Außerdem ist dem Bolzenschlüssel eine Einrichtung zugeordnet, mit der ein Signal zu erzeugen ist, das den Gradienten oder die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve angibt, die für ein bestimmtes, anzuziehendes Befestigungsmittel aufgezeichnet werden kann, wobei dieses Signal durch eine geeignete Detektoreinrichtung verarbeitet wird, um zu bestimmen, wenn die Änderung der Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve auftritt,und dann ein Erfassungssignal zu erzeugen. Das Erfassungssignal betätigt eine Steuereinrichtung, die das der gewünschten Belastung entsprechende Drehmoment berechnet, auf die das Befestigungsmittel anzuziehen ist, und erzeugt danach ein Steuersignal, wenn das dem Befestigungsmittel tatsächlich zugeführte Drehmoment gleich dem berechneten Drehmoment ist.

Eine mit dem neuen Verfahren und der neuen Anziehänordnung zusammen benutzbare Befestigungsmittelanordnung weist eine Unterlegscheibe in Form eines kreisringförmigen Teils auf, das einander gegenüberliegende Lagerflächen hat, von denen eine mit einem in axialer Richtung vorspringenden Lagerpufferteil versehen ist, das an dem Hauptdurchmesser der Unterlegscheibe angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieses Lagerpufferteil neben der Lagerfläche von einem eines Paares miteinander zusammenwirkender, mit Gewinde versehener Befestigungsmittel angeordnet, die zum Verbinden der die Verbindungskonstruktion bildenden Konstruktionselemente benutzt sind. Wird die Befestigungsmittelanordnung angezogen, so übt die Lagerfläche eines der Befestigungsmittel eine axiale Belastung auf das Pufferteil auf, wodurch dieses bei einer bestimmten Belastung verformt wird, was auch, eine

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zeitweilige Änderung der Steigung der Drehmoment~Umdrehungskurve bedingt, was von der Detektoreinrichtung in dem Werkzeug erfaßt werden kann. Da das Lagerpufferteil am Hauptdurchmesser des kreisringförmigen Teiles angeordnet ist, werden die Reibungseigenschaften zwischen der Unterlegscheibe und dem einen Befestigungsmittel nicht merkbar verändert .

Bei dem neuen "Verfahren und der neuen Anziehanordnung wird also mit einer solchen Bef estiguttgsmittel-Ariordnung gearbeitet, die eine Änderung der Steigung der Drehmoment-Umdreliungs-Kurve bewirkt, die aufgezeichnet werden kann, während die Bofestigungsmittelanordnung angezogen wird, wobei diese Änderung bei einer bekannten Belastung auftritt. Beim Anziehen der Verbindung wird das an die Befestigungsmittelanordnung gegebene Drehmoment, wenn die Steigung der Drehiaoment-Umdrehungs-Kurve sich ändert, festgestellt und zur Berechnung des Drehmomentes benutzt, das zum Einführen der gewünschten Belastung in die Verbindung erforderlich ist» Ein zusätzliches Drehmoment wird an das Befestigungsmittel gegeben, bis das tatsächlich aufgebrachte Drehmoment im wesentlichen gleich dem berechneten Drehmoment ist. Die Anziehanordnung weist einen Bolzenschlüssel zum Anziehen der Verbindung und eine dem Bolzenschlüssel zugeordnete Steuereinrichtung a.u£, die auf die Änderung der Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve zur Berechung des Drehmomentes anspricht, das der gewünschten. Belastung entspricht, die in die Befestigungsmittelanordnung eingegeben werden soll und die den Bolzenschlüssel abschaltet, wenn das tatsächlich aufgebrachte Drehmoment dem berechneten Drehmoment entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform benutzt das neue Verfahren und die neue Anziehanordnung eine Befestigungsmittel·-

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Anordnung, die eine Unterlegscheibe aufweist, die_zwischen den Lagerflacken eines der sich drehenden Befestigungsmittel und der Außenfläche einer der Konstruktionnmittel angeordnet ist, die die Verbindungskonstruktion bilden. Die Unterlegscheibe weist ein Lagerpufferteil auf, das über eine der Lagerflächen deijUnterlegscheibe hinausragt und an ihrem Hauptdurchmesser angeordnet ist. Wird die Befestigungsmittelanordnung angezogen, so wird das Lagerpufferteil bei einer bestimmten Belastung deformiert, wodurch zeitweilig die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve geändert wird, was in der zuvor beschriebenen V/eise durch das Weife zeug festgestellt wird.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine die Eigenschaften einer typischen Drehmoment-Umdrehungs-Beziehung angebende Kurve, die während eines Anziehvorganges eines herkömmlichen Befestigungsmittels erhalten wird,

Pig. 2 eine die Eigenschaften einer Drehmoment-Umdrehungs-Beziehung angebende Kurve, die bei einer Befestigungsmittel-Anordnung in Verbindung mit dem neuen Verfahren aufgezeichnet wurde und das dem neuen Verfahren und der neuen Anziehanordnung zugrundeliegende Prinzip darstellt,

Fig. 3 eine die Eigenschaften einer typischen Belastunga-Drehmoment-BeZiehung angebende Kurve, die beim Anziehvorgang eines Befestigungsmittels aufgenommen wurde und ein weiteres dem neuen Verfahren und der neuen Anziehanordnung zugrundeliegendes Prinzip angibt,

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-a.

Fig. 4- eine schematische Darstellung der neuen Anziehanordnung, und

Fig. 5 bis 7 Schnittdarstellungen einer bei dem neuen Verfahren und der neuen Anziehanordnung benutzten Befestigungsmittel-Anordnung, die verschiedene Konfigurationen der Befestigungsmittel-Anordnung während des Anziehvorganges angeben.

In Fig. 1 ist eine typische Drehmoment-Umdrehungs-Kurve für ein mit Gewinde versehenes Befestigungsglied dargestellt, das mit einem Drehmoment angezogen wird, das längs der vertikalen Achse aufgetragen ist , während die Winkelverschiebung oder -Umdrehung längs der horizontalen Achse aufgetragen ist. Die Kurve weist einen Anfangs- oder Voranzieh-Bereich auf, der vom Nullpunkt sich bis zu einem Punkt A erstreckt. In dem Voranzieh-Bereich befinden sich die ineinandergreifenden Gewindegänge der Befestigungsanordnung miteinander im Eingriff und eines der Befestigungsglieder wird gedreht, jedoch hat die Lagerfläche des sich drehenden Befestigungsgliedes noch nicht die benachbarte Fläche des zur Verbindungskonstruktion gehörenden Konstruktionselementes berührt. Am Punkt A der Kurve sind die Konstruktionselemente durch die Befestigungsanordnung zusammengezogen und das eigentliche Anziehen der Verbindungskonstruktion beginnt. Das am Punkt A auftretende Drehmoment wird gewöhnlich als Anschmiegungs-Drehmoment bezeichnet. Während.des Anzieh-Bereiches der Kurve, der sich vom Punkt A bis zu einem Punkt B erstreckt, wird die axiale' Kraft in der Befestigungsanordnung erzeugt, die auf die Konstruktionselemente als Zusammenhaltekraft wirkt. In diesem Bereich ist die Kurve im wesentlichen linear. Am Punkt B wird die .Grenze der Proportionalität der Verbindungsanordnung überschritten und die Um-

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drehungen des Befestigungsgliedes beginnen stärker zu wachsen als das Drehmoment. Bei der vorliegenden Beschreibung wird der Punkt B als Beginn des Festziehbereiches betrachtet, es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß oberhalb des Punktes B immer noch Belastung in die Verbindungsanordnung eingeführt wird, jedoch mit einer nicht linearen Steigerung. Ein Punkt C entspricht dem IPestziehpunkt der Verbindungsanordnung, und, da die Definition des Festziehpunktes etwas unterschiedlich ist, kann er als der Punkt angesehen werden, oberhalb dem die Dehnung oder Streckung des Bolzens nicht langer als rein elastisch anzusehen ist.

In Pig. 2 ist eine Drehmoment-Umdrehungs-Kurve für eine Befestigungsanordnung gezeigt, bei der diese, einen solchen Aufbau hat, daß zeitweilig die Steigung des linearen Bereichs der Drehoment-Umdrehungs-Kurve, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, bei einer bestimmten Belastung sich ändert, die jedoch eine lineare Charakteristik nach der Veränderung ihres Aufbaus bis zum Erreichen der Grenze der Proportionalität zeigt. Die in Fig. 2 gezeigte Kurve weist daher einen Anfangs- oder Voranziehungsbereich ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten auf, der sich vom Nullpunkt bis zum Punkt D erstreckt. Am Punkt D sind die Konstruktionselemente von der Befestigungsanordnung zusammengezogen und das tatsächliche Anziehen der Verbindung beginnt, wobei die Kurve im wesentlichen linear verläuft. Der Punkt D entspricht dem Punkt A in der in Fig. 1 gezeigten Kurve. Beim Einleiten der Belastung in die Befestigungsanordnung bewirkt ihr Aufbau einen beträchtlichen Abfall der Steigung, wie dieses vom Punkt E bis zum Punkt F gezeigt ist, wobei der erstere den Beginn der Änderung und der letztere das Ende der Änderung darstellt. Nachdem die Änderung der Steigung beendet ist, nimmt die Kurve wiederum ihren linearen Verlauf bis zum Punkt G an, der die Grenze der Proportionalität der Verbindungsanordnung darstellt. Der Punkt G entspricht dem

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Punkt B auf der in Fig. 1 gezeigten Kurve und gibt den Übergangspunkt zum Festziehbereich der Kurve an. Der Punkt H entspricht ähnlich dem Punkt G in Fig. 1 dem Festziehpunkt der Verbindungsanordnung. Es ist also zu erkennen, daß eine Befestigungsanordnung, die dieser Kurve folgt, einen.unechten oder P-seudo-Festziehbereich zwischen den Punkten E bis F in dem gewöhnlich linearen Teil der Drehmoiaent-Uiadrehungskurve bewirkt.

In Fig. 3 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen der axialen Belastung auf die Befestigungsglieder und dem Drehmoment gezeigt, das der Befestigungsanordnung erteilt wi^'d, wobei die Belastung auf der vertikalen Achse und das Drehmoment auf der horizontalen Achse aufgetragen sind. Es ist zu erkennen, daß die Beziehung im wesentlichen linear bis zum Festziehpunkt J ist und daß für jedes bestimmte Festziehglied die genaue Beziehung entsprechend dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Befestigungsglied und der mit ihm zusammenwirkenden Flächen sich ändert. Daher'kann jedes bestimmte Befestigungsglied irgendeine Anzahl von Belastungs-Drehmoment-Beziehungen haben, wie dieses in der Zeichnung durch die Kurven F., F^ und F^ dargestellt ist, und daß bei jedem gegebenen Drehmoment die Belastung erheblich in Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten sich ändert. In der folgenden Erläuterung des neuen Verfahrens wird auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen und die Bedeutung der verschiedenen Beziehungen erläutert.

In Fig. 4- ist eine neue Bolzen-Anziehanordnung 10 dargestellt. Die Anziehanordnung 10 weist einen Bolzenschlüssel 12 mit einem Motor 14, eine Abtriebswelle 16 und einem . Schlüsselstück18 auf. Die Abtriebswelle 16 wird von dem Motor 14 angetrieben_?um ein Drehmoment und eine Drehung an ein von dem Schlüsselstück 18 beaufschlagtes Befestigungsglied zu geben. Der Bolzenschlüssel 12 kann von irgend-

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einer herkömmlichen Bauweise sein, wobei üblicherweise der Motor 14 ein durch Luft angetriebener Motor ist, deren S¹IuIS durch ein geeignetes, elektrisch betätigtes Steuerventil 20 gesteuert ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Motor 14 auch ein elektrischer, hydraulischer oder irgendeine Kombination eines pneumatisch-hydraulischen oder elektrischen Motors sein kann. Weitere Einzelheiten des Bolzenschlüssels sind für das Verständnis des neuen Verfahrens und der Anziehanordnimg nicht erforderlich, so daß hier eine detaillierte Beschreibung nicht gegeben wird.

Zwischen dem Gehäuse des Motors 1A- und einem starren Rahmen 22, von dem der Bolzenschlüssel getragen ist, ist eine geeignete Umformer- oder Drehmomentzelle 24 zur Erzeugung eines sich ändernden Signals vorgesehen, das das augenblickliche, an das Befestigungsglied gegebene Drehmoment angibt. Die Drehmomentzelle 24 kann irgendeine verschiedener herkömmlicher Einrichtungen sein und weist bei der hier beschriebenen Ausführungsform ein etwas flexibles kreisringförmiges Teil auf, auf dessen Außenfläche Dehnungsmeßstreifen 25 befestigt sind, so daß das Reaktionsdrehmoment auf den Bolzenschlüssel gemessen und ein dieses Drehmoment angebendes elektrisches Signal erzeugt wird. Das Reaktionsdrehmoment ist natürlich gleich, jedoch entgegengesetzt dem dem Befestigungsglied erteilten Drehmoment. Zur Drehung mit ihr ist auf der Abtriebswelle 16 und vorzugsweise innerhalb des Motors 14 ein geeigneter Kodierer 26 befestigt, der mit einem Annäherungsdetektor 28 zur Erzeugung von Signalen zusammenarbeitet, die die inkrementelle Winkelverschiebung oder -Verdrehung des Befestigungsgliedes angeben. Der Kodierer 26 kann irgendeine von verschiedenen geeigneten Einrichtungen sein und weist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Reihe von Zähnen 30 auf, die an seinem Außenumfang ausgebildet sind. Der Annäherungsdetektor 28 erfaßt die Gegenwart von Metall und damit das Vorbeilauf erf

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der Zähne und erzeugt elektrische Signale, die bestimmte Inicremente der Winkeldrehung angeben. Während Beispiele von Drehmoment- und Umdrehungs-Meßeinrichtungen beschrieben wurden, können selbstverständlich auch andere Einrichtungen benutzt werden, um die erforderlichen Signale und Ergebnisse zu erzeugen.

Eine Steuerschaltung befindet sich in Wirkverbindung mit dem Bolzenschlüssel 12 zum Steuern des Anziehens des Befestigungsgliedes und weist eine Gradienten-Berechnungseinrichtung auf, die den augenblicklichen Gradienten oder die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve bestimmt, die für ein bestimmtes, anzuziehendes Befestigungsglied'auf-

getragen werden kann, und gibt ein diesen Gradienten angebendes elektrisches Signal ab. Die Gradienten-Berechnungseinrichtung weist ein Schieberegister 32 auf, an das das augenblickliche Drehmomentsignal gegeben wird und dessen Ausgang durch das Umdrehungssignal bei festen Inkrementen der Winkeldrehung getaktet wird. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 32 ist daher ein Signal, das das Drehmoment bei einer bestimmten Anzahl von Winkelgraden der Drehung vor der jeweils augenblicklichen Drehstellung angibt. Ein Vergleicher 34- in Form einer geeigneten Subtraktionsschaltung erhält das Ausgangssignal des Schieberegisters 32 und außerdem das Signal, das das augenblickliche Drehmoment angibt, und erzeugt ein die Differenz angebendes Ausgangssighal. Da die Drehmomentsignale über starre Inkremente der Drehung subtrahiert werden, gibt das Ausgangssignal des Vergleichers 3A- den augenblicklichen Gradfenten der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve an, längs derer das Befestigungsglied angezogen wird.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß während die Drehmoment-Umdrehungs-Kurve zwischen den Punkten A und B, D ixnd E sowie P und G im wesentlichen linear ist, sie auch nicht genau linear sein kann und zeitweilig Spitzen in der

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Kurve für jedes besondere Befestigungsmittel auftreten können, die durch zeitweilige Beschleunigungen bedingt sein können, die von einer fehlenden oder zu starken Schmierung an einer bestimmten Stelle der Gewindegänge herrühren können. Das Ausgangssignal des Vergleichers 34-, das ein Signal konstanter Amplitude sein würde, wenn die Drehmoment-Umdrehungs-Eurve genau linear zwischen den genannten Punkten verläuft, kann daher bestimmte Abweichungen haben. Aus diesem Grund ■ kann die Gradienten-Berechnungseinrichtung Schaltungen zum Bestimmen und Speichern des maximalen Gradienten aufweisen, der bis zu irgendeinem Punkt längs der Drehmoment-Ümdrehungs-Eurve auftritt, d.h. bis zu irgendeinem Punkt in dem Anziehvorgang. Tatsächlich ist der. maximale Gradient, der beim im wesentlichen linearen Bereich der Kurve erhalten wird, auch der als Gradient für diesen Bereich der Kurve angesehene. Eine Speicherschaltung 36 ist daher vorgesehen, die ein den maximalen Gradienten angebendes Signal speichert und die augenblicklichen Gradientensignale mit dem maximalen gespeicherten Signal vergleicht. Ist ein augenblickliches Gradientensignal größer als das gespeicherte Gradientensignal, so wird das augenblickliche Gradientensignal für den Vergleich mit den nachfolgend auftretenden 'Gradientensignalen gespeichert. Eine vollständigere Beschreibung der Speicherschaltung 36 ist. in der deutschen Patentanmeldung P (Anwaltsakte: PH 9537) !beschrieben..

Wie in dieser deutschen Patentanmeldung ferner beschrieben ist, ist beim Anziehen herkömmlicher Befestigungsmittel. der augenblickliche Drehmomentgradiejat in Beziehung mit dem maximalen Drehmomentgradienten so gesetzt,, daß das erstere etwa 50% des letzteren "beim Pestziehpunkt des Befestigungsmittels beträgt. In gleicher 'Welse ist für Befestigungsmittel, die die in I¹Xg. 2 der 'Zeichnung gezeigte Drehmoment-Ümdrehungs-Beziehttng haben,, der augenblickliche Gradient in dem unechten PestziehbeTelch-, &βτ sich van den

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Punkten E bis F erstreckt, ebenfalls etwa 50% des .maximalen Gradienten des anfänglichen linearen Bereichs, der sich von den Punkten D bis E erstreckt. Durch Benutzung einer Vergleichsschaltung 38 kann das augenblickliche Gradientensignal vom Vergleicher 34- mit dem maximalen Gradientensignal von der Speicherschaltung 56 verglichen werden und wenn das erstere 5Q% oder weniger als das letztere beträgt, kann die Vergleicherschaltung 38 ein Erfassungssignal abgeben, das angibt, daß die Befestigungsanordnung bis zu einer bestimmten Belastung angezogen ist.

Vor einer weiteren Beschreibung des neuen Verfahrens und der neuen Anziehanordnung wird erneut auf die Pig. 2 und 3 Bezug genommen,. In 5¹Ig-. 3 ist zu erkennen, daß die Belastungs-Drehmoment—Beziehung im wesentlichen linear bis zum Pestziehpunkt verläuft und daß, wenn der Reibungskoeffizient zwischen den sich miteinander in Eingriff befindenden Flächen des Befestigungsmittels -bekannt ist, die Beziehung mit großer Genauigkeit ibeiiut.zt werden kann, um das Befestigungsmittel anzuziehen» Das heißt„ die Unsicherheit beim Anziehen des BefestlgungsmliTtels :mlt Belastungs-Drehmoment-Beziehungen ergibt sich mis dein :Ä.bw.eIchungeaa des Reibungskoeffizienten oder aus der jgsnaEEen Xurve,, der beim Anziehvorgang gefolgt wird, nämlich Mem Kwfv&b. P^,, 5V) '°&^ev ®-z* Es ist jedoch klar, daß ,, wenn ein itaifct .laaags de.r Belastungs—Drehmoment-Euirve bestimmt werden &&&&* <dle ggemaie Bezie3Biaag oder Zurve bestimmt -werden kann, der #er iAiiZlehVorgang folgt. Wird daher eine BefestigungsanorÄBHiig benutzt., die eine Drehmoment-Umdrehungs-Beziehung wie In PIg.. 2 aufweist, und wird die Belastung und das ißiriehm.Qment₍, ibe'i denen die Drehmoment-IJittdrehungs-Eurve sidh räbflacht, bestimmt, so kann die exakte Kurve P_-^, Pg oder P^ «amD-ttelt werden,, der die Befestigungsanordnung folgt. Das meixB ¥:e2E£ähreaa 'banirbzt eine Befestigungsanordnung,

die der in Pig. 2 gezeigten Drehmoment-Umdrehungs-Beziehung folgt und die einen unechten ITe st ziehzustand bei einer bekannten bestimmten Belastung bewirkt. Wird die Befestigungsanordnung angezogen, so wird die unechte Pestziehbedingung erfaßt und das Drehmoment festgestellt, bei dem diese Bedingung auftritt. Da die Belastung, bei der die unechte Pestziehbedingung auftritt, durch die Ausbildung der Befestigungsanordnung bekannt ist, ist ein Punkt der Belastungs-Drehmoment-Kurve bekannt und damit tatsächlich auch die genaue Kurve bekannt, der die Befestigungsanordnung folgt. Da die Belastung-Drehmoment-Beziehung für jede Kurve P,j, Pg oder P, linear ist, ergibt sich die folgende Beziehung:

In dieser Beziehung gibt L^ die gewünschte Belastung, auf die das Befestigungsmittel angezogen werden soll, die natürlich bekannt ist, T, das erforderliche Drehmoment, um die. gewünschte Belastung in dem Befestigungsmittel zu erzeugen, L die Belastung, bei der die unechte Pestziehbedingung auftritt, die infolge der Ausbildung der Befestigungsanordnung ebenfalls bekannt ist, und T das Drehmoment an, bei dem die unechte Pestziehbedingung auftritt, was beim Anziehen des Befestigungsmxttels festgestellt werden kann. Die vorstehend genannte Beziehung kann daher leicht nach T^ in der folgenden Weise aufgelöst werden:

*d-^Ld ±-

- ¹P ■

Das Anziehen der Befestigungsanordnung wird fortgesetzt, bis der Drehmomentwert für T^ an das Befestigungsmittel ge-

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geben wird, bei dem die gewünschte Belastung in der Befestigungsanordnung eingeführt ist und auf die die 'Verbindungskonstruktion bildenden Konstruktionselemente wirkt.

Erfaßt daher der Vergleicher 38 die unechte Festziehbedingung der angezogenen Befestigungsanordnung und gibt das Erfassungssignal ab, so schließt dieses Signal einen Schalter 4-0, der eine Schaltung zwischen der Drehmomentzelle 24 und einer Rechnerschaltung 4-2 verbindet. Die Rechnerschaltung 42 erhält daher ein Signal, das das an die Befestigungsanordnung augenblicklich gegebene Drehmoment angibt. Die Rechnerschaltung 42 weist geeignete MuItiplikations- und Divisionsschaltungen auf und erhält außerdem Eingangssignale von einem ersten Signalgenerator 44, dessen Ausgangssignal die Belastung angibt, bei der die unechte Festziehbedingung auftritt. Dieser Wert ist, wie zuvor erwähnt, vorher bekannt und wird in dem Signalgenerator 44 eingestellt. Ein anderes Eingangssignal für die Rechnerschaltung 42 kommt von einem zweiten Signalgenerator 46, dessen Ausgangssignal die gewünschte Belastung angibt, bis zu der das Befestigungsglied angezogen werden soll. Auch der Signalgenerator 46 kann vor der Arbeitsweise des Werkzeuges eingestellt werden, um das geeignete Signal zu erzeugen. In Übereinstimmung mit dem zuvor er- " wähnten Ausdruck berechnet die Rechnerschaltung 4-2 T-, und gibt ein dieses angebendes Signal an eine Speicherschaltung 48. Das Signal von der Speicherschaltung 48 wird an einen Yergleicher 50 gegeben, der auch ein augenblickliches Drehmomentsignal von der Drehmoment zelle 24- erhält, wenn der Anziehvorgang fortgesetzt wird. Der Vergleicher 50 vergleicht die beiden Signale durch Subtraktion des einen von dem anderen und gibt bei Gleichheit beider Signale

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ein Steuersignal an das Steuerventil 20 zum Abschalten des Motors 14 und beenden des Anziehvorgangs. V/enn der Motor 14 abgeschaltet ist, wirkb natürlich die gewünschte Belastung auf die Verbindungsanordnung.

Wie zuvor erwähnt, benutzt das neue Verfahren und die neue Anziehanordnung eine Befestigungsanordnung, die eine unechte Pestziehbedingung in der Drehmoment-Umdrehungs--Kurve bei einer bestimmten Belastung bewirken kann. Irgendeine einer Anzahl geeigneter Anordnungen kann zu diesem Zweck benutzt werden, z.B. eine Belleville-Unterlegscheibe unter dem Kopf eines Bolzens, so daß beim Umknicken der Unterlegscheibe über den Mittelpunkt bei einer bekannten Belastung die Drehmoment-Umdrehungs-Kurve zeitweise abgeflacht wird. Von Wichtigkeit für die Genauigkeit der neuen Anordnung und des neuen Verfahrens ist das Erfordernis, daß die Befestigungsanordnung im wesentlichen die gleichen Reibungseigenschaften nach der Änderung ihrer Konfiguration hat, wie vor dem Auftreten dieser Änderung. Nachfolgend wird eine solche Anordnung beschrieben.

Wie in den Pig. 5 bis 7 gezeigt ist, weist eine Verbindungsanordnung 52 ein Paar von Konstruktionselementen 54 und 56 und einen geeigneten Bolzen 58 auf, der mit einer Mutter 60 zusammenwirkt, um die beiden Konstruktionselemente miteinander zu verbinden. Zwischen den Lagerflächen 62 des Bolzens 58 und der Außenfläche des Konstruktionselementes 54 ist eine Unterlegscheibe 64 vorgesehen, deren Formgebung während des Anziehvorganges geändert wird, um den unechten Pestziehteil der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve, die in Pig.2 gezeigt ist, zu bewirken. Die Unterlegscheibe 64 weist ein Paar einander gegenüberliegender Lagerflächen 66 und 68 auf, wobei die erstere neben der Lagerfläche 62 des Bolzens 58 und die letztere neben der Außenfläche des Konstruktions-

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elementes 54 liegt. Auf der Lagerfläche 66 ist ein in axialer Richtung vorspringendes Lagerpufferteil 70 vorgesehen, das sich über die Lagerfläche 66 hinaus und in Eingriff mit der Lagerfläche 62 des Bolzens 58 erstreckt. In radialer Richtung neben dem Lagerpufferteil 70 ist in der Lagerfläche 66 eine Ausnehmung 72 gebildet, deren Zweck später erläutert wird. Es ist darauf 'hinzuweisen, daß das Lagerpufferteil 70 a*& Hauptdurchmesser sowohl der Unterlegscheibe 64- als auch der Lagerfläche 62 des Bolzens 58 angeordnet ist.

5 zeigt die Beziehung der verschiedenen Teile der Verbindungsanordnung vor dem Anziehen. Aus den Pig. 6 und 7 ist zu erkennen, daß das Befestigungsmittel angezogen ist und die Lagerfläche 62 des Bolzens 58 die obere Oberfläche des Lagerpufferstücks 70 b e aufs chi ag t und auf dieses eine Kraft ausübt, die über den Hauptdurchmesser sowohl des Bolzens als auch der Unterlegscheibe wirkt. Es wird eine ausreichende Kraft aufgebracht, um das Lagerpufferstück 70 zu verformen, wodurch dieses in Richtung auf die Lagerfläche 66 der Unterlegscheibe 64- zusammensinkt. Das Material des Lagerpufferteiles 70 fließt in radialer Richtung in die Ausnehmung 72, so daß diese als Aufnahmebereich für das Material wirkt. Wie in Pig. 7 gezeigt ist, kann die Höhe des lagerpufferteils 70 derart vermindert werden, daß es sich auf einer Höhe mit der Lagerfläche 66 befindet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die von dem Bolzen 58 und der Unterlegscheibe 64 erzeugte Kraft immer noch über den Hauptdurchmesser dieser Teile wirkt. Infolge dieser Beziehung v/erden die Reibungseigenschaften zwischen dem Bolzen und .der Unterlegscheibe nicht merkbar verändert und der Momentenarm, über den die Kraft wirkt, wird sich nichyändern,

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so daß die Belastungs-Drehmoment-BeZiehung im wesentlichen die gleiche auch nach dem Zusammensinken des Lagerpufferteile 70 wie zuvor bleibt. Es ist ebenfalls darauf hinzuweisen, daß das Lagerpufferteil 70 bei einer bestimmten Belastung in Abhängigkeit von dem Material der Unterlegscheibe und ihrer Festigkeit, dem Querschnittsbereich des Lagerpufferteils und seiner Höhe oberhalb der Lagerfläche 66 zusammensinkt . Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß bei der Verformung des Lagerpufferteils es den unechten Eestziehbereich der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve in Pig. 2 erzeugt, nämlich den Bereich von den Punkten E bis F.

Verschiedene Beschichtungen können auf die Lagerfläche 62 des Bolzens 58 und/oder die Lagerfläche 66 der Unterlegscheibe 64 einschließlich des Lagerpufferstücks 70 gegeben werden, um einen noch gleichmäßigeren Reibungskoeffizienten zu bewirken. Das benutzte Beschichtungsmaterial soll jedoch nicht brüchig sein, da die Verformung des Lagerpufferstücks 70 ein Auseinanderbrechen bewirken könnte, das die Reibungseigenschaften der miteinander in Berührung stehenden Flächen im Bereich dieser Brüche beeinflussen würde. Beispiele für geeignete BeSchichtungen sind Kadmium, Polytetrafluorathylen, Phosphor und öl.

Während in der vorstehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens, der neuen Anziehanordnung und außerdem einer Befestigungsanordnung, die in Verbindung mit dem neuen Verfahren benutzt werden kann, beschrieben wurden, sind selbstverständlich unterschiedliche Änderungen und Abv/andlungen dieser Ausführungsformen möglich und auch von dem Fachmann sofort anzugeben, ohne daß dadurch die erfindungsgemäße Lehre verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

1./Verfahren zum Anziehen einer Bolzenanordnung od.dgl. Wf eine gewünschte Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzenanordnung d.urch Aufbringen eines Drehmoments bis zu einer bekannten Belastung angezogen wird, daß das bei der bekannten Belastung aufgebrachte Drehmoment bestimmt wird, daß das zum Anziehen der Bolzenanordnung auf die gewünschte Belastung erforderliche Drehmoment mit Hilfe des zuvor bestimmten Drehmoments und der bekannten Belastung berechnet wird und daß ein zusätzliches Drehmoment an die Bolzenanordnung gegeben wird, bis das aufgebrachte Drehmoment im wesentlichen gleich dem berechneten Drehmoment ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzenanordnung so ausgebildet wird, daß ihre Ausbildung bei einer bestimmten Belastung geändert wird, wobei das bei dieser Änderung auftretende Drehmoment bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzenanordnung so ausgebildet wird, daß. diese Ausbildung zeitweilig die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve ändert, die für die anzuziehende Bolzenanordnung aufgezeichnet v/erden kann,und wobei das Drehmoment bestimmt wird, wenn sich die Steigung ändert.

4. Verfahren zum Anziehen einer Bolzenanordnung od.dgl. •auf eine gewünschte Belastung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Bolzenanordnung mit einer

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solchen Ausbildung verwendet wird, die zeitweilig die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve ändert, die aufgezeichnet werden kann, wenn die Bolzenanordnung einer bestimmten Belastung ausgesetzt .wird, daß die Bolzenanordnung durch Aufbringen eines Drehmomentes an sie angezogen wird und das aufgebrachte Drehmoment bestimmt wird, wenn die Steigung der Drehmoment-Umdrehungs-Kurve sich ändert, daß das Drehmoment berechnet wird, das zum Anziehen der Bolzenanordnung auf die gewünschte Belastung mit Hilfe der bestimmten Belastung und des zuvor bestimmten Drehmomentes errechnet wird, und daß das Anziehen der Bolzenanordnung beendet wird, wenn das tatsächlich aufgebrachte Drehmoment gleich dem berechneten Drehmoment ist.

5. Bolzen-Anziehanordnung zum Anziehen einer Bolzenanordnung od.dgl. auf eine gewünschte Belastung, gekennzeichnet durch einen Bolzenschlüssel (12) zum Anziehen der Bolzenanordnung (52) durch Aufbringen eines Drehmomentes, durch eine dem Bolzenschlüssel zugeordnete Meßeinrichtung (24·) zum Erzeugen eines das augenblicklich an .die Bolzenanordnung gegebene Drehmoment angebenden Signals, durch eine auf dieses Signal ansprechende Gradienten-Berechnungseinrichtung (32,34-,36*38) zum Erzeugen eines die Steigung einer Drehmoment-Umdrehungs-Kurve angebenden Signals, die für die anzuziehende Bolzenanordnung aufgezeichnet werden kann, und durch eine Steuereinrichtung (42,44,4-6,4-8,50), die auf eine ausgeprägte Änderung des Gradienten-Signals zum Berechnen des zum Anziehen der Bolzenanordnung bis zu der gewünschten, in dieser einzugebenden Belastung erforderlichen Drehmoments anspricht.

6. Anziehanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (4-2,44,46,4-8,50)

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außerdem eine Einrichtung (50) zur Erzeugung eines Steuersignals aufweist, wenn das tatsächlich, an die Bolzenanordnung (5.2) gegebene Drehmoment gleich dem berechneten Drehmoment ist.

7. Anziehanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß die Steuereinrichtung (4-2...50) ein augenblickliches Drehmoment signal erhält, wenn sich das Gradienten-Signal ausgeprägt verändert.

8. Anziehanordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (4-2...50) Signale erhält, die die Belastung auf die Bolzenanordnung (52) und die gewünschte Belastung angeben, wenn das Gradienten-Signal sich ausgeprägt ändert.

9. Anziehanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß außerdem ein Vergleicher (38) vorgesehen ist, mit dem bestimmbar ist, wenn sich das Gradienten-Signal ausgeprägt ändert,und mit dem ein Erfassungssignal erzeugbar ist, mit dem die Steuereinrichtung (4-2...50) einschaltbar ist.

10. Anziehanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet-, daß das Erfassungssignal erzeugt wird, wenn das augenblickliche Gradienten-Signal eine bestimmte Beziehung zu dem erzeugten maximalen Gradienten~Sig_nai hat.

11. Anziehanordnung nach Anspruch 10, dadurch g e. ken η ζ ei eh η e t. , daß das Erfassungssignal erzeugt wird,.wenn das augenblickliche Gradienten-Signal 50% oder weniger des erzeugten maximalen Gradienten-Signalö beträgt. , -

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12. Anziehanordming nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzenanordnung (52) eine Ausbildung hat, die das Gradienten-Signal bei einer bestimmten Belastung ausgeprägt ändert.

13· Unterlegscheibenanordnung, gekennzeichnet durch einen kreisringförmigen Teil mit einem Paar einander gegenüberliegender Lagerflachen (66,68), von denen eine (66) einen sich von ihr fort erstreckenden Lagerpufferteil (70) hat, der am Hauptdurchmesser des kreisringförmigen Teils angeordnet ist.

14·. Unterlegscheibenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Lagerfläche (66) eine Ausnehmung (72) aufweist, die in radialer Richtung neben dem Lagerpufferteil (70) angeordnet ist.

15. Verbindungsanordnung mit einem Stapel von Konstruktionselementen mit fluchtenden öffnungen in diesen, einem ersten Befestigungsglied mit einem Kopf und einer Lagerfläche neben einer Außenfläche e5.nes der Konstruktionselemente und einem Bolzenteil, der sich durch die fluchtenden Öffnungen hindurch erstreckt, mit einem zweiten Befestigungsglied, mit einer Lagerfläche neben einer Außenfläche des anderen Konstruktionselemente, wobei das zweite Befestigungsglied mit dem ersten Befestigungsglied zum Zusammenklemmen der Konstruktionselemente mit einer gewünschten Klemmbelastung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Unterlegscheibe (64) zwischen einer der Lagerflächen und der benachbarten.Außenfläche angeordnet ist, das ein kreisringförmiges Teil mit einander gegenüberliegenden Lagerflächen (66,68) aufweist, von denen die eine .(66) mit einem verformbaren, in axialer Richtung hervorstehenden Lagerpufferteil (70) versehen ist, das an dem Hauptdurchmesser des kreisringförmigen Teils angeordnet ist.

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16. Verbindungsanordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerpufferteil (70) bei einer Belastung verformbar ist, die geringer als die gewünschte Klemmbelastung ist.

17. Verbindungsanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Lagerpufferteil (70) an der Lagerfläche (62) des Kopfes anliegt.

18. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 15-17» dadurch gekennzeichnet , daß die Unterlegscheibe (64) eine Ausnehmung (72) aufweist, die auf der einen Lagerfläche (66) in radialer Richtung neben dem Lagerpufferteil (70) ausgebildet ist.

19. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Lagerfläche (62) der Befestigungsglieder (58,60) und die eine Lagerfläche (66) der einander gegenüberliegenden Lagerflächen (66,68) mit einer reibungsvermindernden Beschichtung beschichtet ist.

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