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Die Erfindung betrifft eine Zwischenlegscheiben-
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einheit bestehend aus zwei oder mehr Scheiben und dazwischen angeordnetc
Meßkörpern, die mit den Scheiben zwischen Schraubenmutter oder Schraubenkopf und
Maschinenteil einzuspannen sind.
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In der Industrie und im Haushalt werden zwei Teile häufig durch Schrauben
miteinander verbunden, wobei zumindest im Bereich der Schraubenmutter eine Unterlegscheibe
mitverwendet wird. Bei der Herstellung derartiger Schraubverbindungen ist es in
der Regel erforderlich, eine bestimmte Vorspannung aufzubringen, damit die Befestigung
der einzelnen miteinander zu verbindenden Teile ausreichend ist. Durch nicht richtig
angezogene Schrauben können sowohl an Maschinen wie auch an Maschinenteilen teilweise
erhebliche Schäden auftreten.
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Deshalb werden bei wichtigen derartigen Schraubverbindungen heute
meist Drehmomentschlüssel eingesetzt, mit der die erreichte Vorspannung überprüft
werden kann.
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Im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden sowohl beim starren wie
insbesondere auch beim nachgiebigen Streckenausbau derartige Schraubverbindungn
mit besonderer Sorgfalt hergestellt. Hier ist es allgemein bekannt, mit einem Drehmomentenschlüssel
zu arbeiten, um über das Anzugsmoment der Schraubenmutter definierte Normalkräfte
mit der SchrauBverbindungen zu erzielen.
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Häufig ist aber mit derartigen Drehmomentschlüsseln keine exakte Normalkraft
zu erzielen, da der Drehmomentschlüssel handhabungsabhängig ist und zum anderen
der unterschiedliche Reibwert zwischen Schraubenmutter und Schraubenbolzen die gewünschte
Krafteinleitung nicht immer gewährleistet. Insbesondere beim nachgiebigen Ausbau
unter Tage arbeitet bei derart ungenau oder unzulässig
hergestellten
Schraubverbindungen der nachgiebige Streckenausbau nicht richtig, so daß eine mehrfache
Nachkontrolle notwendig und von der Aufsichtsbehörde auch vorgeschrieben ist. Der
dafür erforderliche Aufwand an Personal ist erheblich, ohne daß dabei die bei der
Verwendung eines Drehmomentenschlüssels bekannten Unsicherheiten wirksam ausgeschlossen
werden können.
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Aufgrund der allgemein bestehenden Probleme bei der Herstellung von
Schraubverbindungen gibt es die verschiedensten Vorstellungen und Vorschläge über
eine Zwischenlegscheibe oder eine Zwischenlegscheibeneinheit eine bessere Kontrolle
der aufgebrachten Normalkraft zuerreichen. Bekannt ist eine Zwischenlegscheibeneinheit
(DE-OS 29 39 o96.3), bei der ein vorzugsweise scheibenförmiges, mehrteiliges Druckmeßglied
zwischen Schraubenmutter und Maschinenteil anzuordnen. Dabei ist das Druckmeßglied
mit einer radialen Öffnung versehen, in die ein das Druckmeßglied umgebendes Teil
geringerer Elastizität eingelegt ist. Bei auftretender radialer Verformung des Druckmeßgliedes
wird das Teil geringerer Elastizität verformt oder zerstört, was als Maß für die
aufgebrachte Spannkraft dient. Nachteilig bei den bekannten Zwischenlegscheibeneinheiten
ist, daß die Herstellung derartiger Einheiten aufwendig und ihre Verwendung beispielsweise
im untertägigen Bergbau wegen ihres komplizierten Aufbaues nicht möglich ist. Nachteilig
ist darüber hinaus, daß nach einmaliger Zerstörung oder Verformung des Teils bzw.
Meßkörpers eine Kontrolle der Spannkraft mit der gleichen Einheit nicht mehr möglich
ist. Dies wird aber insbesondere im untertägigen Bergbau beim nachgiebigen Grubenausbau
erforderlich, wenn dieser aufgrund der aufgetretenen Gebirgsbewegungen bzw. des
Gebirgsdruckes ineinandergeschoben
worden ist. Problematisch ist
darüber hinaus, daß die Kontrolle schwierig ist, wenn die Schraubverbindung einer
ungünstigen und schwer zugänglichen Stelle angebracht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu handhabende,
konstruktiv einfache und das Erreichen einer oder mehrerer Grenzen von Vorspannungen
deutlich anzeigende Zwischenlegscheibeneinheit zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß derEfindung dadurch gelöst, daß die Meßkörper,
die als Kugeln ausgebildet und in einer elastischen Zwischenlage eingebettet sind,
eine über der der Scheiben liegende Härte aufweisen.
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Bei einer derartigen Zwischenlegscheibeneinheit werden die als Meßkörper
dienenden Kugeln aufgrund ihrer höheren Härte in die Scheiben eingedrückt. Diese
Arbeitsweise wird in der Technik bei der Brinellhärteprüfung praktiziert,um die
Härte eines Stoffes zu ermitteln. Hierbei versteht man unter Härte den Widerstand,
den der Probekörper dem Eindringen eines Körpers mit geringer Verformungsfähigkeit
entgegensetzt.
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Beim Herstellen der Schraubverbindung werden die Normalkräfte über
diese Zwischenlegscheibeneinheit weitergeleitet. Wandern dabei die Scheiben durch
das Aufbringen der Normalkraft um ein gewisses Maß zusammen, so wird die elastische
Zwischeneinlage zusammengepreßt und sie wandert zwischen Außen- und Innendurchmesser
aus, so daß ein leicht sichtbares Maß für die aufgebrachte Kraft gegeben ist. Durch
die Abstimmung der Härte der Kugeln und der beiden Scheiben können so auf einfache
Art und Weise Spannungsanzeigen für die unterschiedlichsten
aufzubringenden
Normalkräfte geschaffen werden.
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Ein genaues Maß für die aufgebrachte Spannung bzw. Normalkraft auch
bei eventuell noch einmal vor Erreichen der Endkraft gelöster Schraubverbindung
ist erfindungsgemäß gegeben, wenn,wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Kugeln in
einer Zwischenlage aus Kunststoff mit hoher Rückstellkraft und Dauerelastizität
engebettet sind. Eine derartige Ausbildung der Zwischenlegscheibeneinheit hat darüber
hinaus den Vorteil, daß die für die Wirksamkeit der Spannungsanzeige wichtigen Kugeln
auch wirklich in ihrer vorgesehenen Endposition verbleiben und wirksam werden. Auch
ist sichergestellt, daß sie nicht zwischen den beiden Scheiben nach außen wandern
und gegebenenfalls verlorengehen. Eine derartige Scheibeneinheit kann gut transportiert
und ohne weitere zusätzliche Meßeinheiten sofort zum Einsatz kommen. Dabei ist es
gemäß der Erfindung von Vorteil, die Zwischenlage als Ring aus feinstporigem Polyurethan-Schaum
auf Polyätherbasis auszubilden, da ein derartiger Kunststoff mit einer genauen definierten
Härte herstellbar ist und einen hohen Federwert aufweist. Vorteilhaft ist darüber
hinaus, daß der eine hohe Flexibilität und günstige Rohdichte aufweisende Kunststoff
frei von Schwefel und Weichmachern ist, so daß er günstige Alterungsbeständigkeit
hat. Aufgrund dieser Eigenschaft sowie seiner Unempfindlichkeit gegen Wärme, Kälte
und Feuchte ist er insbesondere auch für den Einsatz im untertägigen Bergbau bestens
geeiqnet,zumal er gegen viele Chemikalien Iösungsstabil ist. Der Kunststoff kann
als feinstporiger Schaum oder auch massiv zum Einsatz kommen.
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Das Maß des Auswanderns des zwischengelegten Kunststoffringes ist
ein Maß für die aufgebrachte Kraft.
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Um den Grad des Auswanderns einwandfrei und einfacher beurteilen zu
können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zwischalage von einem Federstahlring
umgeben ist, dessen unterschiedlich gekennzeichnete Enden einander überlappen. So
ist es beispielsweise auch im untertägigen Beqpau ohne weiteres möglich, den Grad
des Auswanderns festzustellen und damit die Höhe der aufgebrachten Kraft. Durch
Verwendung von Signalfarben und ähnlichem kann die Überprüfung noch vereinfacht
werden.
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Die Lastwegkurve einer derartigen Scheibeneinheit kann dadurch vorteilhaft
beeinflußt und den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend eingestellt werden, daß
Kugeln unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Anzahl in die Zwischenlage
eingebettet sind.
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Diese Variationsmöglichkeit ergänzt die Möglichkeit der Materialwahl
der Scheiben bzw. Kugeln. Es ist beispielsweise denkbar,daß für die Scheiben ST
37 verwendet wird, während als Kugeln Abfallkugeln der Kugellagerindustrie verwendet
werden.
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Zur Verdeutlichung der Grenzanzeige sind erfindungsgemäß zusätzlich
zu den Kugeln mit Farbstoff gefüllte Mikrokapseln vorgesehen, die eine vorgegebene
Schwachstelle aufweisen. Beim Erreichen des vorgegebenen Anzugsmomentes bzw. der
aufgebrachten Kraft wird die Mikrokapsel zerstört und der darin enthaltene Farbstoff
für den Beobachter sichtbar. Durch die Anordnung einer Schwachstelle wird das Zerstören
der Mikrokapsel genau im vorgegebenen Moment abgesichert. Dabei ist es von Vorteil,
die Mikrokapseln mit den Schwachstellen nach außenweisend anzuordnen, damit der
enthaltene Farbstoff
auch direkt nach außen dringt und leicht sichtbar
wird.
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Häufig ist es notwendig, zunächst eine Schraubverbindung mit geringerem
Anzugsmoment herzustellen, um nach Durchführung weiterer Vorbereitungsarbeiten dann
durch Nachspannen erst die Endverbindung fertigzustellen.
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Um auch dabei jeweils die Grenzen bzw. das Erreichen der aufzubringenden
Kraft überprüfen zu können, ist nach einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen,
daß zweierlei Kapseln mit unterschiedlichen Farbstoffen gefüllt und mit unterschiedlich
ausgebildeten Schwachstellen vorgesehen sind. Die Kapseln sind dabei so angebracht,
daß die zuerst zu zerstörenden Mikrokapseln am Außenrand angeordnet sind, während
die später zu zerstörenden Mikrokapseln mehr am Innenrand der Kunststoffscheibe
untergebracht sind.
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Das Austreten der Signalfarbe wird erleichtert und zielgerichtet
an bestimmten Stellen konzentriert, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Mikrokapseln
in radial in den Scheiben verlaufenden Austrittskanälen angeordnet oder ihnen zugeordnet
sind.
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Das Eindringen der Kugeln in die Scheiben kann dadurch beeinflußt
werden und damit auch Einfluß auf die Lastwegkurve genommen werden, indem in den
Scheiben die Kugeln teilweise aufnehmende und fixierende Vertiefungen ausgebildet
sind. Diese Vertiefungen haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie die Kugel jeweils
an einer vorgesehenen Stelle fixieren, so daß die drei cdermehr Kugeln jeweils im
gleichen Radius positioniert sind und damit ein gleichmäßiges Aufbringen bzw. Weiterleiten
der Spannkraft gesichert ist.
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Zur Reduzierung der Reservehaltung und zur Vereinfachung der Fertigung
ist es vorteilhaft, gemäß der Erfindung die Zahl der Vertiefungen der Zahl der maximal
einsetzbaren Kugeln entsprechend zu wählen. Auf diese Weise können Zwischenlegscheibeneinheiten
für die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen durch einfaches Auswechseln der Zwischenlage
und der Anzahl der Kugeln geschaffen werden.
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Zur Erleichterung des Transportes und um sicherzustellen, daß die
vorgesehenen Zwischenlegscheibeneinheiten auch jeweils dort zum Einsatz kommen,
wo eine entsprechende Ausbildung notwendig oder vorteilhaft ist, sind die Scheiben
gemäß einer Ausbildung der Erfindung lösbar miteinander, vorzugsweise über Verzapfungen
verbunden. Dabei ist jeweils die Zwischenlage zwischen den beiden Scheiben eingespannt,
so daß die Einheit als solche vorgehalten und dem jeweiligen Einsatzort zugeführt
werden kann.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine einfach
zu handhabende, leicht zu kontrolierende und konstruktiv sehr einfache Spannungsanzeige
geschaffen ist. Durch relativ einfache Maßnahmen,d.h. durch die Wahl der Anzahl
und des Durchmessers sowie der Materialwahl der Scheiben kann die Lastwegkurve in
weiten Grenzen beeinflußt werden. Die Kontrolle ist insbesondere bei Verwendung
des Federstahlringes einfach, wobei der Federstahlring in vorteilhafter Weise darüber
hinaus einen Lastabfall anzeigt bzw. kontrollierbar macht.
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Schließlich ist eine genaue Fixierung und Anordnung der Kugeln an
vorgegebenen Stellen bzw. Radien sichergestellt und durch die Vertiefungen zusätzlich
eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Lastwegkurve gegeben.
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Von Vorteil ist auch die Verwendung einer Dreischeibeneinheit, bei
der die mittlere Scheibe aus Federstahl besteht und die Kugeln lagenweise auf Lücke
gelegt sind. Die Rückstellkraft ist auch bei hohen aufgebrachten Kräften ohne weiteres
gegeben, weil die mittlere Scheibe sich wellen und anschließend zurückstellen kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung , in der ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
ist. Es zeigen: Fig. 1 eirezwischen Schraubenmutter und Maschinenteil eingespannte
Zwischenlegscheibeneinheit, Fig. 2 eine der beiden Scheiben in Draufsicht, Fig.
3 eine Zwischenlegscheibeneinheit im Schnitt vor dem Einbau Fig. 4 eine Zwischenlegscheibeneinheit
im Schnitt nach dem Einbau, Fig. 5 eine Zwischenlegscheibeneinheit nach dem Einbau
in Draufsicht, Fig. 6 eine Scheibe in Draufsicht, Fig. 7 eine andere Scheibe in
Draufsicht und Fig. 8 eine Zwischenlegscheibeneinheit im Schnitt mit eingeigten
Farbkapseln.
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Fig. 9,10 Dreischeibeneinheit Fig. 1 zeigt eine Scheibeneinheit 1,
die aus den beiden Scheiben 3 und 4 und der Zwischenlage 9 besteht und zwischen
der Schraubenmutter 5 und dem Maschinenteil 7 eingespannt ist. Über die auf dem
in den Schaft 6 eingeschnittenen Gewinde 8 drehbaren Schraubenmutter 5 wird mit
Hilfe eines Schlüssels oder eines Schraubgerätes die notwendige Kraft aufgebracht,
so daß das zweiteilige Maschinenteil 7, 7' aufeinandergepreßt wird.
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In die Zwischenlage 9 eingebettet sind verschiedene Kugeln 1o, 11.
Bei diesen Kugeln handelt es sich beispielsweise
um Abfallkugeln
aus der Kugellagerherstellung, so daß diese zu einem relativ günstigen Preis beschafft
werden können. Die Herstellung einer entsprechenden Scheibeneinheit ist daher kostengünstig,
zumal für die Scheiben 3, 4 beispielsweise ST 37 verwendet werden kann.
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Die aus Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan-Schaum auf Polyätherbasis
bestehende Zwischenlage 9 bettet die Kugeln 10, 11 so ein, daß sie jeweils genau
an der Stelle positioniert sind, wo eine Weitergabe der aufgebrachten Kräfte am
günstigsten ist.
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Fig. 2 zeigt eine einzelne Scheibe3 in Draufsicht.
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In dieser Scheibe sind verschiedene Vertiefungen 12, 13 eingebracht,
in die die hier nicht dargestellten Kugeln 10, 11 eingelegt werden. Die Vertiefungen
12, 13 können auch dann ihre vorgegebene Aufgabe wahrnehmen, wenn die Kugeln 10,
11 in die Zwischenlage 9 eingebettet sind.
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Fig. 3 zeigt eine Scheibeneinheit 1 vor oder während des Einbaues,während
Fig. 4 die gleiche Scheibeneinheit 1 nach Aufbringen der vorgesehenen Normalkraft
zeigt. Dabei ist um die Zwischenlage 9 ein Federstahlring 15 gelegt, dessen Enden
sich überlappen und der bei der in Fig. 4 angedeuteten Position verdeutlicht, daß
die Zwischenlage 9 entsprechend weit ausgewandert und damit die vorgesehene Kraft
eingebracht ist. Die Kugeln haben sich dabei wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist
zum Teil in die beiden Scheiben 3, 4 eingedrückt. Die beiden Scheiben 3, 4 sind
in der Regel aus dem gleichen Material hergestellt, was aber nicht zwangsweise notwendig
ist.
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Vielmehr können die Scheiben auch aus unterschiedlichem Material hergestellt
sein, so daß sich die Kugeln beispielsweise zunächst in weit größerem Maße in die
eine
der beiden Scheiben eindrückt, ehe sie in die andere Scheibe einwandern kann. Fig.
5 zeigt die Scheibeneinheit 1 nach Fig. 4 in Draufsicht. Es wird deutlich, daß die
Zwischenlage 9 mit dem aufgesetzten Federstahlring 15 entsprechend weit ausgewandert
ist.
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Fig. 6 zeigt eine Variante einer Scheibe 3 bzw.- 4, wobei diese mit
Austrittskanälen 16 versehen ist, um beispielsweise das Austreten eines Farbstoffes
an vorgegebenen Stellen zu erleichtern. Derartige Farbstoffe werden wie Fig. 8 zeigt,
in Kapseln in der aus Kunststoff bestehenden Zwischenlage 9 vorgehalten und bei
Aufbringen einer entsprechend hohen Kraft zerstört. Der Farbstoff rinnt dann durch
den Austrittskanal 16 nach außen und verdeutlicht, daß die notwendige Spannkraft
aufgebracht ist und die Schraubverbindung somit ihre vorgegebene Funktion wahrnehmen
kann.
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Fig. 7 zeigt eine Scheibe 3 bzw. 4, die neben den üblichen Vertiefungen
12, 13 noch zur Reserve weitere Vertiefungen 18, 19 aufweist. In diese Vertiefungen
18, 19 können je nach Bedarf weitere Kugeln eingelegt werden, so daß je nach Einsatzfalle
und Notwendigkeit beispielsweise vier, acht, zwölf oder auch eine andere Anzahl
von Kugeln bei einer und der gleichen Scheibeneinheit Verwendung finden kann. Selbst
bei Einsatz von zwölf Kugeln, d.h. also Ausnutzung aller Vertiefungen 12, 13, 18,
19 können immer noch in den Zwischenräumen ausreichend viele Mikrokapseln 20 bzw.
21 angeordnet werden. Diese Mikrokapseln 20 bzw. 21 können unterschiedliche Durchmesser,
unterschiedliche Farben und unterschiedlich ausgebildete Schwachstellen aufweisen,
so daß es auch damit möglich ist, das Erreichen verschiedener Positionen und Spannkraftgrenzen
sichtbar zu machen.
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Fig. 9 zeigt eine Dreischeibeneinheit, bei der zwischen den Scheiben
3, 4 noch eine zusätzliche zwischengelegte Scheibe 24 aus Federstahl vorgesehen
ist. Jeweils zwischen den Scheiben 3, 24 bzw. 24, 4 sind die üblichen Zwischenlagen
9, 25 mit den Kugeln angeordnet. Diese Kugeln sind,wie in Fig. 10 angedeutet wird,
jeweils auf Lücke gelegt, so daß sich die Scheibe 24 bei Aufbringung von Kräften
wellen muß und zwar jeweils zwischen den Kugeln 10, 10' bzw. 11, 11'. Auf diese
Weise erhält die gesamte Einrichtung eine hohe Rückstellkraft. Neben dieser Ausbildung
der Erfindung ist es des weiteren auch möglich, auf die Zwischenlagen 9, 25 zu verzichten
und die beschriebene Federstahlscheibe 24 als Zwischenlage mit hoher Rückstellkraft
zu verwenden. Dabei wäre die Wellenhöhe beispielsweise ein Maß für die aufgebrachten
Kräfte.
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