DE945296C

DE945296C - Screw testing device

Info

Publication number: DE945296C
Application number: DEB20323A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bruno Hamm; Otto Kehrmann
Original assignee: Bauer & Schaurte Schrauben und
Current assignee: Bauer & Schaurte Schrauben und
Priority date: 1952-05-08
Filing date: 1952-05-08
Publication date: 1957-12-19

Description

Schrauben-Prüfgerät Gegenstand der Erfindung ist ein Schrauben-Prüfgerät, welches zur Prüfung von Schrauben aller gängigen Größen in allen Werkstoffarten und Werkstoffgüten sowie verschiedensten Formen und Längen geeignet ist und welches die beim Anziehen von Schrauben auftretenden Drehmomente und Zugkräfte unter Verwendung einer an sich bekannten Meßdose mißt.Screw testing device The subject of the invention is a screw testing device, which for testing screws of all common sizes in all types of material and material grades as well as a wide variety of shapes and lengths is suitable and which using the torques and tensile forces that occur when tightening screws a known load cell.

Es sind bereits statische und mechanisch angetriebene Schrauben-Prüfmaschinen bekannt, die zur Messung der vorgenannten Größen vorgesehen sind, die aber als reine Laboratoriums-Prüfmaschinen einen erheblichen Kostenaufwand erfordern und für die Verwendung in der Praxis zu teuer sind. Ferner eignen sich diese bekannten Maschinen nur zur Prüfung von Schrauben oberhalb einer Mindestgröße und machen den Einsatz von geschultem Personal erforderlich. Um die Zugspannung messen zu können, wurden früher Dehnungsmessungen mit Tensometern vorgenommen, wobei die Zugspannung bei Stahl erst nach dem Hookeschen Gesetz errechnet werden mußte. Bei Werkstoffen, die nicht dem Hookeschen Gesetz unterliegen, ist die Ermittlung der Zugspannung auf diese Weise nicht möglich. Außerdem mußten kürzere formelastische Schrauben mit Taillen- oder Führungszylindern meist bis auf den kleinsten Taillendurchmesser abgedreht werden, um ein Tensometer mit ro mm Meßlänge überhaupt anwenden zu können. Die Gestaltfestigkeit einer solchen Schraube wird dadurch aber nicht berücksichtigt, so daß in diesem Fall die ermittelten, auf dem Umweg über die Dehnung gemessenen Spannungen nicht völlig der Wirklichkeit entsprechen. Bei einer im besonderen bekannten Ausführungsform eines Schraubenprüfgerätes wird die Zugkraft in der Schraubenverbindung dadurch gemessen, daß die Zugreaktionskraft über zwei Pendelstützen als Druckkraft unmittelbar auf zwei kommunizierende Meßdosenmanometer übertragen wird. Dieser Umweg in der Kraftschlüssigkeit wirkt sich für den Versuch an der Schraubenverbindung derart aus, als ob ein stark federndes Zwischenglied in die Kraftwirkungslinie eingeschaltet wäre. Dies entspricht den Verhältnissen der Wirklichkeit mit starren Zwischengliedern in der Schraubenverbindung in keiner Weise. Nach Bock, »Das Verhalten der Schraubenverbindungen beim Anziehen und Lösen in Abhängigkeit von der Gewindetoleranz« (Dissertation T. H. Dresden 1g33), kann dieser Fehler in der Messung der Zugkraft bei gleichzeitiger Messung des Drehmomentes zu falschen Ergebnissen führen.There are already static and mechanically driven screw testing machines known, which are intended for measuring the aforementioned quantities, but which are considered pure Laboratory testing machines require considerable expense and for the Are too expensive to use in practice. These known machines are also suitable only for testing screws above a minimum size and making use required by trained personnel. In order to be able to measure the tensile stress, Previously, strain measurements were made with tensometers, with the tensile stress at Stahl had to be calculated according to Hooke's law. For materials that not subject to Hooke's law, the determination of the tensile stress is based on not possible this way. In addition, shorter form-elastic screws had to be included Waist or guide cylinders are usually turned down to the smallest waist diameter in order to be able to use a tensometer with a measuring length of ro mm at all. The structural strength such a screw is not taken into account, so that in this If the determined stresses, measured indirectly via the elongation, do not correspond completely to reality. In a particularly well-known The tensile force in the screw connection is an embodiment of a screw testing device measured by the fact that the tensile reaction force over two pendulum supports as a compressive force is transmitted directly to two communicating load cell manometers. This detour in the force fit affects the test on the screw connection in such a way as if a strongly resilient intermediate member switched into the line of action of force were. This corresponds to the conditions of reality with rigid links in the screw connection in no way. According to Bock, »The behavior of screw connections when tightening and loosening depending on the thread tolerance «(Dissertation T. H. Dresden 1g33), this error can occur in the measurement of the tensile force at the same time Measurement of the torque lead to incorrect results.

Das Schrauben-Prüfgerät nach der Erfindung beseitigt die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art und gewährleistet die bestmöglichste Ausnutzung der hohen Streckgrenze hochwertiger Schrauben, insbesondere Kopfanziehschrauben für die richtige Vorspannung.The screw testing device according to the invention eliminates the disadvantages known devices of this type and ensures the best possible utilization the high yield strength of high-quality screws, especially head tightening screws for the correct preload.

Bei einfacher Bedienungsweise erlaubt das Schrauben-Prüfgerät nach der Erfindung ohne Zerstörung der Schraube die folgenden Messungen: 1. Die Messung des Anziehdrehmoments mit einem in der Praxis üblichen, handbetätigten Drehmomentschlüssel.With a simple operation, the screw tester allows after of the invention without destroying the screw, the following measurements: 1. The measurement the tightening torque with a hand-operated torque wrench that is common in practice.

2. Die unmittelbare Messung der Zugkraft in der Schraube infolge des Anziehdrehmoments.2. The direct measurement of the tensile force in the screw as a result of the Tightening torque.

3. Die Feststellung der Schrauben-Streckgrenze.3. The determination of the screw yield point.

4. Die Prüfung der erforderlichen Einschraubtiefe von Kopfanziehschrauben sowohl in Stahl als auch in Nichteisenmetallen, Kunststoffen und Holz usw.4. Checking the required screw-in depth of head tightening screws both in steel and non-ferrous metals, plastics and wood, etc.

5. Die Prüfung der Drehmomentübertragung bei der Ausbildung des Kopfs als Kupplungselement für den Schaft (Schlitzkupplung, Innensechskant mit Zentrierzapfen, Kerbzahnkupplung und Kreuzlochkupplung, Innensechskantkupplung usw.).5. The test of torque transmission in the formation of the head as a coupling element for the shaft (slot coupling, hexagon socket with centering pin, Serrated coupling and cross-hole coupling, hexagon socket coupling, etc.).

Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich trotz der Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten durch einen einfachen Aufbau, geringen Raumbedarf und geringes Gewicht aus. Das Gerät ist ferner leicht transportabel und nach Einspannung in einen üblichen Schraubstock sofort verwendungsbereit.The device according to the invention is distinguished in spite of the large number of possible applications characterized by a simple structure, small space requirements and low weight. That The device is also easy to transport and can be clamped in a conventional vice ready to use immediately.

Das wesentliche Kennzeichen des Schrauben-Prüfgerätes nach der Erfindung besteht in zwei voneinander unabhängigen, durchbohrten Geräteteilen, die beispielsweise U-förmigen Querschnitt mit verschiedener Stegbreite aufweisen und einander übergreifen, von denen der untere Teil eine Gewindebohrung trägt, in welche die zu prüfende Schraube mittels Drehmomentschlüssel betriebsmäßig einschraubbar ist, wobei die Teile die dem Drehmoment zugeordnete Zugkraft zweckmäßig untersetzt mechanisch auf ein Meßgerät übertragen, das unmittelbar die Zugkraft der Schraube anzeigt, derart, daß der obere U-förmige Geräteteil, der den unteren Teil übergreift, das Gegenlager für die Schraube bildet und beispielsweise unter Verwendung von Schneiden und Pfannen einendig in der Nähe der Durchtrittsstelle der Schraube auf dem unteren Teil aufliegt, während das freie Ende des Oberteils an dem der Auflagestelle abgewandten Ende, als Hebelarm wirkend, mit der Druckkapsel der Meßdose oder einem gleichwertigen Kraftmeßgerät zusammenarbeitet.The main characteristic of the screw testing device according to the invention consists of two independent, pierced device parts, for example Have a U-shaped cross-section with different web widths and overlap one another, the lower part of which has a threaded hole into which the screw to be tested is inserted can be screwed in operationally by means of a torque wrench, the parts being the The tensile force assigned to the torque expediently reduced mechanically to a measuring device transmitted, which immediately indicates the tensile force of the screw, such that the upper U-shaped device part that overlaps the lower part, the counter bearing for the screw forms and ends in one end using, for example, cutters and pans rests on the lower part near the point of passage of the screw, while the free end of the upper part at the end facing away from the support point, as a lever arm acting with the pressure capsule of the load cell or an equivalent force measuring device cooperates.

Die Arbeitsweise des Gerätes nach der Erfindung ist also derart, daß die von den Schraubenköpfen beim Anziehen der Schrauben erzeugte Kraft durch formsteife Hebelübersetzung auf ein Meßdosenmanometer übertragen wird. Diese Anordnung bietet den Vorteil der Verwendung von kleinen austauschbaren Meßdosenaggregaten mit geringem Druck und geringer Kolbenbewegung an der Meßdose, wobei die Bewegung an der Schrauben-Prüfstelle auf Bruchteile eines Millimeters herabgesetzt ist.The operation of the device according to the invention is such that the force generated by the screw heads when tightening the screws through dimensionally rigid Leverage is transferred to a load cell manometer. This arrangement offers the advantage of using small interchangeable load cell units with little Pressure and low piston movement at the load cell, with the movement at the screw test point is reduced to a fraction of a millimeter.

Durch die Lagerung des Schraubenkopfes auf einer balligen, sich allseitig einstellenden Unterlegscheibe wird die Forderung der Praxis erfüllt, daß die Auflagefläche des Schraubenkopfes immer senkrecht zur Kraftwirkungslinie liegen soll.By mounting the screw head on a convex, on all sides adjusting washer, the requirement in practice is met that the bearing surface of the screw head should always be perpendicular to the line of action.

In der Zeichnung ist eine besonders bevorzugte Verwirklichungsform des Erfindungsgedankens näher dargestellt.A particularly preferred embodiment is shown in the drawing of the inventive concept shown in more detail.

Fig. 1 ist ein mittlerer Längsschnitt durch das Gerät nach der Erfindung; Fig. 2 ist eine Aufsicht mit teilweise weggeschnittenen Teilen; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III - III der Fig. i ; Fig. ¢ veranschaulicht einen Teil des Gerätes mit aufgesetztem Hilfswerkzeug zur Prüfung von Zylinder-Schlitzkopf- und Versenk-Schlitzkopfschrauben; Fig. 5 ist eine Einzelheit der Fig. 4; Fig. 6 stellt ein verbessertes Hilfswerkzeug dar, bei dem das Werkzeug zum Anziehen der Schlitzschraube durch ein Druckkugellager gehalten wird.Fig. 1 is a central longitudinal section through the device according to the invention; Fig. 2 is a plan view with parts partially cut away; Fig. 3 is a section along the line III - III of Fig. i; Fig. ¢ illustrates part of the device with attached auxiliary tool for testing cylinder slotted head and countersunk slotted head screws; Figure 5 is a detail of Figure 4; Figure 6 illustrates an improved auxiliary tool where the tool for tightening the slotted screw is through a thrust ball bearing is held.

Das Schrauben-Prüfgerät nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Oberteils und einem Unterteil 2, die beide vorzugsweise U-Profil mit unterschiedlicher Stegbreite haben, so daß sich die Teile bei einander gegenüberliegenden Stegen 1 a und 1 b (Fig. 3) mit ihren Schenkeln übergreifen können. Der Oberteil 1 nimmt in einer auswechselbaren Führungsbüchse 3 den Prüfling auf. Die Führungsbüchse ist -um eine senkrechte Lage der Auflagefläche bei geringer Verschwenkung der Teile zu gewährleisten - mit einer balligen Auflagefläche 4 versehen, die auf der Büchse eingeschliffen ist. Der Prüfling - in dem vorliegenden in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schraube mit Innensechskant - ist mit 5 bezeichnet. Der Oberteils ist als Waagebalken ausgebildet, dessen feste Schwenkachse durch eine Schneide 6 gebildet wird, die auf einer Pfanne 7 aufliegt, welche in dem Unterteil e fest angeordnet ist. Der Unterteil e weist einen Spindelfuß 8 mit auswechselbaren Spindeln g auf, die die jeweils erforderlichen Gewindebohrungen für lange Schraubenprüflinge tragen.The screw testing device according to the invention consists essentially from an upper part and a lower part 2, both of which are preferably U-shaped with different Have web width, so that the parts with mutually opposite webs 1 a and 1 b (Fig. 3) can overlap with their legs. The top 1 takes in an exchangeable guide sleeve 3 on the test item. The guide bush is -a vertical position of the support surface with little pivoting of the parts to ensure - provided with a spherical contact surface 4, which is on the sleeve is ground in. The test specimen - shown in the present in FIGS. 1 to 3 Embodiment a screw with a hexagon socket - is denoted by 5. Of the Upper part is designed as a balance beam, the fixed pivot axis by a Blade 6 is formed, which rests on a pan 7, which in the lower part e is firmly arranged. The lower part e has a spindle foot 8 with interchangeable Spindles g on which the required threaded holes for long screw test specimens wear.

Zum Anziehen des Schraubenprüflings 5 wird ein üblicher, von Hand betätigter Drehmomentschlüssel to verwendet, der eine axiale Kraft P in Richtung des eingetragenen Pfeiles erzeugt. Diese Kraft P wird durch das freie Ende des Teiles 1, d. h. dessen längeren Hebelarm im Verhältnis der Hebellänge auf eine Kugel ii übertragen, die über eine Druckkapsel 12 oder eine ähnliche Hydraulikeinrichtung eine Kraftanzeige an einem Manometer 13 bewirkt.For tightening the screw test item 5, a usual, by hand actuated torque wrench used to apply an axial force P in the direction of the arrow entered. This force P is through the free end of the part 1, d. H. whose longer lever arm in the ratio of the lever length to one Bullet ii transferred via a pressure capsule 12 or similar hydraulic device causes a force display on a manometer 13.

Das Anziehdrehmoment wird durch in die Schenkel des U-förmigen Teiles i eingesetzte Wangenschrauben 14 über Kugeln 15 mit geringer Reibung auf den Unterteil übertragen. Am Spindelfuß wird das Reaktionsdrehmoment durch eine Stiftschraube 14a aufgenommen.The tightening torque is applied through the legs of the U-shaped part i inserted cheek screws 14 over balls 15 with low friction on the lower part transfer. The reaction torque is set at the spindle foot by means of a stud screw 14a added.

Bei Prüfung kopfloser Schrauben, z. B. Madenschrauben, die als Druckschrauben Verwendung finden, muß die Pfanne des Unterteils in einem fest mit dem letzteren verbundenen Bügel aufgenommen werden, weil sich die Kraftrichtung ändert. Zur Prüfung der Schraubenverhältnisse in weichen Werkstoffen, beispielsweise Holz, werden Spindel und Spindelfuß als Hohlzylinder mit entsprechenden Deckeln ausgebildet.When testing headless screws, e.g. B. grub screws that act as pressure screws To find use, the pan of the lower part must be firmly attached to the latter connected stirrups are added because the direction of force changes. For testing the screw ratios in soft materials, such as wood, become spindles and spindle foot designed as a hollow cylinder with corresponding covers.

Eine Hilfseinrichtung zur Verwendung an dem erfindungsgemäßen Gerät bei der Prüfung verhältnismäßig kurzer Schrauben mit Zylinder-Schlitzkopf und Versenk-Schlitzkopf dient ein in Fig. 4 dargestelltes Einsatzstück x5, welches den Schraubenzieher 16 genau zentrisch führt und am Schraubenkopf durch einen Ring zentriert. Der Schraubenzieher besitzt zweckmäßig einen Sechskantkopf 16a zum Aufsatz eines handelsüblichen Drehmomentschlüssels.An auxiliary device for use on the device according to the invention when testing relatively short screws with a slotted cylinder head and slotted countersunk head an insert piece x5, shown in FIG. 4, which the screwdriver 16 leads exactly centric and centered on the screw head by a ring. The screwdriver appropriately has a hexagonal head 16a for the attachment of a commercially available torque wrench.

Fig.5 verdeutlicht als Einzelheit einen kurzen Gewindeeinsatz 17 zur Prüfung kurzer Schrauben, der unter Benutzung eines Sicherungsstiftes 18 eingesetzt ist.5 illustrates a short threaded insert 17 as a detail Testing of short screws inserted using a locking pin 18 is.

Um beim Anziehen von zu prüfenden Schlitzschrauben mittels eines Schraubenziehers mit konischer Spitze das Werkzeug genau zu führen und um zu unterbinden, daß es im Verlaufe des Anziehens aus dem Schlitz herausspringt; wird gemäß einer in Fig. 6 veranschaulichten Ausführung der Schraubenzieher 1g mittels eines Druckkugellagers 2o in der richtigen Lage gehalten.In order to use a screwdriver to tighten slotted screws to be tested with a conical tip to guide the tool precisely and to prevent it pops out of the slot in the process of tightening; is according to a in Fig. 6 illustrated embodiment of the screwdriver 1g by means of a thrust ball bearing 2o held in the correct position.

Die Durchführung der Schraubenprüfung unter Benutzung eines erfindungsgemäßen Schrauben-Prüfgerätes verläuft wie folgt: Der Spindelfuß 8 wird zunächst in einen normalen Schraubstock eingespannt, und der Unterteil i mit der eingelegten Meßdose wird aufgesetzt. Nach Aufsetzen des Oberteiles auf den Unterteil in der Weise, daß die Schneide 6 in der Pfanne 7 liegt, und nach Einsetzen einer Führungsbüchse 3 entsprechend der zu prüfenden Schraubengröße wird der Prüfling durch den Oberteil hindurch in die Spindel 9 des Unterteiles eingeschraubt und mittels eines Drehmomentschlüssels io genau wie bei der Montage der Schraube angezogen.The screw test is carried out using a screw test device according to the invention as follows: The spindle foot 8 is first clamped in a normal vice, and the lower part i with the inserted load cell is placed on it. After placing the upper part on the lower part in such a way that the cutting edge 6 lies in the socket 7, and after inserting a guide bush 3 according to the screw size to be tested, the test specimen is screwed through the upper part into the spindle 9 of the lower part and using a torque wrench io tightened exactly as when mounting the screw.

Zur gleichzeitigen Feststellung der erforderlichen Gewindeeinschraubtiefe bei Nichteisenmetallen können die Spindeln ebenso wie die Einsätze aus Nichteisenwerkstoffen, z. B. Aluminium, Bronze, Messing od. dgl., hergestellt sein.For the simultaneous determination of the required thread screw-in depth In the case of non-ferrous metals, the spindles as well as the inserts made of non-ferrous materials, z. B. aluminum, bronze, brass or the like. Be made.

Der durch Anziehen des Prüflings mit dem Drehmomentschlüssel an der Kugel ii entstehende Auflagedruck wird auf die Druckkapsel oder Meßdose 12 übertragen. Die Schraubenkraft kann sodann am Manometer 13 abgelesen werden, dessen Teilung unter Berücksichtigung des Hebelverhältnisses unmittelbar die Zugkraft der Schraube anzeigt, welche dem Drehmoment zugeordnet ist. Zur Korrektion des Hebelverhältnisses ruht die Meßdose auf einem längs verschieblichen Untersatz 21.By tightening the test item with the torque wrench on the The contact pressure produced by ball ii is transmitted to the pressure capsule or load cell 12. The screw force can then be read on the pressure gauge 13, its division taking into account the leverage ratio, the tensile force of the screw directly shows which is assigned to the torque. To correct the leverage ratio the load cell rests on a longitudinally displaceable base 21.

Bei dem erfindungsgemäßen Schrauben-Prüfgerät kann das Manometer unmittelbar durch einen beliebigen in der Schraubenachse wirkenden Druck oder Kraft geeicht werden, dadurch, daß an Stelle der den Schraubenprüfling aufnehmenden Büchse ein Schneidenkörper in dem Oberteil eingesetzt wird. Die Korrektur der Lastanzeige kann durch eine Verschiebung der Meßdose nebst Manometer in einfacher Weise vorgenommen werden.In the screw testing device according to the invention, the pressure gauge can be used directly calibrated by any pressure or force acting in the screw axis be, in that in place of the screw test specimen receiving a bushing Cutting body is used in the upper part. The correction of the load display can made by shifting the load cell together with the manometer in a simple manner will.

Claims

PATENT CLAIM: Screw testing device, characterized by two independent, through-drilled device parts which, for example, have a U-shaped cross-section with different web widths and overlap each other, of which the lower part has a threaded hole into which the screw to be tested can be screwed in operationally using a torque wrench, the parts mechanically transferring the tensile force assigned to the torque expediently reduced to a measuring device which directly indicates the tensile force of the screw, in such a way that the upper U-shaped device part, which overlaps the lower part, forms the counter bearing for the screw and, for example, using Cutting and panning rests at one end near the passage point of the screw on the lower part, while the free end of the upper part at the end facing away from the support point, acting as a lever arm, works together with the pressure capsule of the load cell or an equivalent measuring device.