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Messvorrichtung für die Spannkraft bei Befestigungselementen
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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die bei Befestigungselementen,
wie Schrauben, Bolzen, Dübeln und dergleichen, zwischen einem Widerlager der Befestigungselemente
und dem Befestigungsgut auftretende Spannkraft, mit wenigstens einer von einem sich
unter Einwirkung der Spannkraft verformbaren Stauchkörper in axialem Abstand vom
Widerlager gehaltenen Druckscheibe.
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Nessvorrichtungen der vorgenannten Art sind in verschiedendster Bauweise
bekannt. Im Zusammenhang mit einer Schraube findet beispielsweise eine Messvorrichtung
Verwendung, die aus einer Druckscheibe mit Stauchkörper besteht. Die Messvorrichtung
umgibt den Schraubenschaft konzentrisch, wobei die Druckscheibe am Befestigungsgut
aufliegt und der Stauchkörper gegen den als Widerlager dienenden Schraubenkopf weist.
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Beim Festziehen der Schraube stützt sich der Schraubenkopf am Stauchkörper
ab, wobei an letzteren die anwachsende Spannkraft übertragen wird. Dabei kommt es
zu einem Verformen des Stauchkörpers
unter Verkleinerung des ursprünglich
durch die Ausgangshöhe des Stauchkörpers gegebenen axialen Abstandes zwischen Scllraubeflkopf
und Druckscheibe. Ist dieser Abstand um ein definiettes Mass abgebaut, so signalisiert
dies das Erreichen einer vorbestimmten Spannkraft.
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Das Ueberwachen der Grösse des besagten Abstandes ist für den Handhabenden
problematisch, da die lichte Weite des ursprünglichen Abstandes kaum grösser als
ein Millimeter ist. Zudem erschweren Facetten an der Unterseite des Schraubenkopfes
ein Erkennen der Grösse des Abstandes. Vielfach befinden sich die Befestigungen
an entfernten oder schlecht zugänglichen Stellen, so dass die angesprochene Kontrolle
auch aus diesem Grunde zumindest nur erschwert erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung zu
schaffen, die das Erreichen einer vorbestimmten Spannkraft bei den eingangs genannten
Befestigungselementen einfach erkennbar und zuverlässig signalisiert.
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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch ein bei Erreichen des einer
vorbestimmten Spannkraft entsprechenden axialen Abstandes zwischen Widerlager und
Druckscheibe ansprechendes Anzeigeelement gelöst.
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Die erfindungsgemässe Anordnung sieht vor, dass das Anzeigeelement
anspricht, sobald sich der Abstand zwischen Widerlager und Druckscheibe auf ein
der vorbestimmten Spannkraft entsprechendes Mass verkleinert hat. Das Anzeigeelement
signaliert dem Kandhabenden das Erreichen dieser Spannkraft je nach Bauart verschiedenartig,
beispielsweise visuell.
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Die Anordnung eignet sich insbesondere für als Schraubenkopf, Mutter
oder dergleichen ausgebildete Widerlager. Das Widerlager wirkt auf den verformbaren
Stauchkörper ein, welcher entweder Teil der Druckscheibe ist oder sich auf einem
separaten Träger
befindet. Zweckmässig ist der Stauchkörper als
gegen das Widerlager ragende Erhebung, wie Buckel oder stiftförmiger Höcker, gestaltet.
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Mit Vorteil ist das Anzeigeelement als zwischen Widerlager und Druckscheibe
angeordneter Körper aus unter Druck berstendem Material ausgebildet. Als Material
eignet sich beispielsweise Keramik oder Glas. Die Berstbarkeit des Körpers kann
durch die Querschnittform gesteuert werden, wobei es bei der Dimensionierung des
Körpers massgeblich ist, dass die Erstreckung in Achsrichtung des Befestigungselementes
kleiner als der vor dem Spann vorgang durch die Höhe des Stauchkörpers bestimmte
axiale Abstand zwischen Widerlager und Druckscheibe ist.
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Beim Spannvorgang wird der Stauchkörper derart zusammengedrückt, dass
bei Erreichen der vorbestimmten Spannkraft das Widerlager in dem sich auf der Druckscheibe
abstützenden Körper aufläuft und es damit zu einem Bersten des druckempfindlichen
Körpers kommt. Der Handhabende nimmt dies insbesondere optisch durch Entfallen der
Teile des geborstenen Körpers wahr. Die vorbestimmte Spannkraft ist damit erreicht.
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Vorzugsweise ist das Anzeigeelement als Ringkörper ausgebildet.
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Bei einem konzentrisch zur Achse des Befestigungselementes verlaufenden
Stauchkörper kann der berstbare Ringkörper innen-oder aussenseitig zum Stauchkörper
liegen. Um ein besseres Ableiten der Teile des geborstenen Ringkörpers zu erreichen,
ist dieser vorzugsweise aussenseitig vorgesehen.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann eine einfach erkennbare
und zuverlässige Anzeige auch dadurch erreicht werden, dass das Anzeigeelement als
Federkörper ausgebildet ist, dessen Rückfederung bei axialem Abstand entsprechend
der vorbestimmten Spannkraft freigegeben wird. Bei Erreichen des der vorbestimmten
Spannkraft entsprechenden axialen Abstandes zwischen Widerlager und Druckscheibe
wird der Federkörper von einer diesen bis anhin abstützenden Schulter freigegeben
und nimmt selbsttätig seine Entspannungslage ein. Diese Lageänderung
des
Federkörpers ist für den Handhabenden optisch einfach erkennbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Federkörper als radial federnder
Ring ausgebildet. Er besteht zweckmässig aus widerstandsfähigem Material wie Stahl.
Ebenso ist es möglich, den Ring durch einen von einer Spannfeder zusammengehaltenen
Profilkörper zu bilden. Ein dieserart gestalteter Ring erlaubt eine in der Projektion
grosse Breite, wobei die für den Handhabenden sichtbare Seite des Ringes, um auffälliger
zu wirken, farbig gestaltet sein kann. Es ist aber auch möglich, den Profilkörper
aus eingefärbtem Kunststoff herzustellen. Zur Erhöhung der radialen Verformbarkeit
des Ringes kann dieser umfangsseitig mit gegen das Zentrum gerichteten Einschnitten
versehen werden. Als Spannfeder eignet sich sowohl ein metallener Federring als
auch beispielsweise ein Gummiring.
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Mit Vorteil ist zum radialen Abstützen des Federkörpers eine Ringschulter
an einem vom Widerlager gegen den Stauchkörper verschiebbaren Druckring angeordnet.
Die Ringschulter bietet dem als Ring ausgebildeten Federkörper eine gleichmässige
radiale Abstützung, so dass es nicht zu undefinierten Verformungen desselben kommt.
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Einem weiteren Vorschlag der Erfindung entsprechend, ist zum axialen
Abstützen des Federkörpers ein den Stauchkörper umschliessender Stützring vorgesehen.
Der Stützring kann einfachheitshalber mit der Druckscheibe eine bauliche Einheit
bilden. Zum Schutze des Federkörpers gegen Beschädigungen von aussen weist der Stützring
zweckmässig einen umlaufenden Steg auf. Ferner kann zum Schutze des Federkörpers
auf den Stützring eine Abdeckkappe aufgesetzt sein. Vorzugsweise verfügt diese über
ein Sichtfenster, in dessen Bereich der Federkörper in entspanntem Zustand zum Anzeigen
der vorbestimmten Spannkraft cinrückt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele
von Messvorrichtungen wiedergeben, näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Messvorrichtung
im Verwendungseinsatz mit einer Schraube, vor dem Spannvorgang, im Schnitt, Fig.
2 die Messvorrichtung nach Fig. 1, im Ansprechmoment, im Schnitt, Fig. 3 die in
der Messvorrichtung nach Fig. 1, 2 eingesetzte Druckscheibe in perspektivischer
Darstellung, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Druckscheibe in perspektivischer
Darstellung, Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Messvorrichtung im Verwendungseinsatz
mit einem Gewindebolzen, vor dem Spannvorgang, im Schnitt, Fig. 6 die Messvorrichtung
nach Fig. 5, im Grundriss, teilweise gemäss Verlauf VI der Fig. 5 geschnitten, Fig.
7 die Messvorrichtung nach Fig. 5, im Ansprechmoment, im Schnitt, Fig. 8 die Messvorrichtung
nach Fig. 7, im Grundriss, Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung
im Schnitt, Fig. 10 die Messvorrichtung nach Fig. 9, im Grundriss, teilweise gemäss
Verlauf X der Fig. 9 geschnitten,
Fig. 11 die Messvorrichtung nach
Fig. 9, im Ansprechmoment, im Schnitt, Fig. 12 die Messvorrichtung nach Fig. 11,
im Grundriss.
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Mit Hilfe einer in Fig. 1 dargestellten Schraube 1 soll ein flächiger
Gegenstand 2 an einem Befestigungsgut 3 festgelegt werden. Eine zwischen dem als
Widerlager dienenden Schraubenkopf la und dem Gegenstand 2 angeordnete, insgesamt
mit 4 bezeichnete Messvorrichtung überträgt die zur Befestigung erforderliche Spannkraft
vom Schraubenkopf la an den Gegenstand 2 bzw an das Befestigungsgut 3.
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Die Messvorrichtung 4 besteht aus einer sich am Gegenstand 2 abstützenden
Druckscheibe 5 mit von dieser zum Schraubenkopf la hin abstehendem Stauchkörper
aus buckelartigen Erhebungen 6 und einem als Ringkörper 7 ausgebildeten Anzeigeelement
aus Keramik. Letzterer sitzt an der Druckscheibe 5 auf und besitzt eine kleinere
axiale Erstreckung als die Erhebungen 6 des Stauchkörpers, an denen die Unterseite
des Schraubenkopfes la anliegt.
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Durch Drehen der Schraube 1 erfolgt der Spannvorgang. Der Schraubenkopf
la läuft dabei unter Verformen der Erhebungen 6 und damit unter Verkleinerung des
ursprünglich durch die Erhebungen vorgegebenen axialen Abstandes A in Richtung Befestigungsgut
3. Entsprechend der Verformungsarbeit der Erhebungen 6 nimmt beim Spannvorgang die
Spannkraft zu. Erreicht die Unterseite des Schraubenkopfes la den Ringkörper 7,
so beträgt nunmehr der axiale Abstand A' das der Dicke des Ringkörpers 7 entsprechende
Mass. Das Erreichen des Abstandes A' entspricht einer vorbestimmten Spannkraft,
die eine ausreichende Verankerung gewährleistet. Weiteres Spannen der Schraube 1
führt zum Bersten des Ringkörpers 7, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
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Die Teile des gehorstenen Ringkörpers 7 entfallen sohin, wodurch dem
Handhabenden das Ende des Spannvorganges signalisiert ist.
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Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die buckelförmigen Erhebungen
6 durch auf einer Kreisbahn gleichmässig verteilte Ausprägungen in der Druckscheibe
5 gebildet.
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In Fig. 4 trägt die Druckscheibe 5 einen Stauchkörper in der Form
stiftförmiger Erhebungen 6.
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Die Fig. 5 zeigt das Festlegen eines flächigen Gegenstandes 11 an
einem Befestigungsgut 12 mit Hilfe eines Gewindebolzens 13 und einer ein Widerlager
bildenden Mutter 14. Die Mutter 14 wirkt über eine insgesamt mit 15 bezeichnete
Messvorrichtung auf den Gegenstand 11 ein.
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Die Messvorrichtung 15 besteht aus einer Druckscheibe 16 mit zur Mutter
14 hin abragenden Erhebungen 17 als Stauchkörper, einem Druckring 18, einem Stützring
19, einem federnden Ring 21 als Anzeigeelement und einer Abdeckkappe 22. Vor dem
Spannvorgang der Befestigungsanordnung liegt der federnde Ring 21 unter Vorspannung
an einer durch den Druckring 18 gebildeten Ringschulter 23 radial an, wie dies die
Fig. 5 zeigt. Die Abdeckkappe 22 verdeckt den Ring 21 in dieser Position. Durch
ein ringförmiges Sichtfenster 22a in der Abdeckkappe 22 sieht der Handhabende lediglich
auf die hintere Stirnfläche 18a des Druckringes 18. Die Stirnfläche 18a ist zweckmässig
farbig, zum Beispiel rot, angelegt, wodurch für den Handhabenden besonders deutlich
der ungespannte Zustand der Befestigungsanordnung erkennbar ist.
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In der Fig. 6 ist die offene und damit selbstfedernde Ausbildung des
Ringes 21 erkennbar.
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Der Befestigungsvorgang erfolgt durch weiteres Aufdrehen der Mutter
14 auf den Gewindebolzen 13. Dadurch verschiebt sich der Druckring 18 gegen die
Druckscheibe 16, wobei die Erhebungen 17 verformt werden, wie dies der Fig. 7 entnehmbar
ist. Bei entsprechender Verkürzung des axialen Abstandes zwischen der Mutter 14
und der Druckscheibe 16 schiebt sich die Ringschulter 23 am Ring 21 vorbei, bis
die Stirnfläche 18a auf Höhe des Ringes
21 gelangt. Dieser federt
nun selbsttätig zusammen und wird dadurch über der Stirnfläche 18a für den Handhabenden
sichtbar.
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Dies signalisiert das Ende des Spannvorganges.
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Die Fig. 8 zeigt das für den Handhabenden nun ersichtliche Bild.
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Die in den Fig. 9 bis 12 gezeigte Befestigungsanordnung entspricht
weitgehend jener nach den Fig. 5 bis 8, weshalb aus Vereinfachungsgründen für analoge
Teile dieselben Bezugszeichen eingesetzt sind. Der Unterschied zwischen den beiden
Befestigungsanordnungen besteht in der Ausgestaltung des Anzeigeelementes. In den
Fig. 9 bis 12 ist dieses als Ring 25 aus Profilmaterial mit U-Querschnitt ausgebildet.
In die Vertiefung des Profils ist eine Spannfeder 26, beispielsweise in Form eines
Gummiringes, eingelegt. Um die radiale Verformbarkeit des Ringes 25 zu begünstigen,
weist dieser über den Umfang verteilt radiale Einschnitte 27 auf.
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Die Funktionsweise der Befestigungsanordnung bzw der Messvorrichtung
15 nach den Fig. 9 bis 12 entspricht jener nach den Fig. 5 bis 8, so dass auf die
vorgängigen Erläuterungen zur Funktion verwiesen sei.
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