DE3906787A1 - Mechanische spanneinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Spanneinrichtung mit einem Spann­ element und einem mit dem Spannelement zusammenwirkenden Spanngegenelement.

Im Stahl- und Maschinenbau gibt es bekanntlich eine Vielzahl von Schraub­ verbindungen, bei denen eine Vorspannung eingestellt werden muß. Das ge­ schieht in der Regel dadurch, daß ein Spannelement, beispielsweise eine Mutter, mit einem Spanngegenelement, beispielsweise einem Schraubbolzen, verschraubt und durch ein entsprechendes Aufbringen des gewünschten Dreh­ momentes miteinander verspannt werden.

Nachteilig ist im Stand der Technik, daß entweder die Spannkraft mit Hilfe eines Momentenschlüssels od. dgl. aufgebracht werden muß, oder wenn ein Momentenschlüssel nicht vorhanden ist bzw. nicht verwendet oder nicht richtig benutzt wird, von Fall zu Fall unterschiedliche Drehmomente aus­ geübt und folglich unterschiedliche Vorspannungen eingestellt werden.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die bekannte mechanische Spanneinrichtung so auszugestalten und weiterzubilden, daß ohne besondere Hilfsmittel, insbesondere ohne Momentenschlüssel od. dgl., stets die rich­ tige Vorspannung eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung, bei der die zuvor hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement einen Spannkörper, ein Spannkraftan­ griffselement und eine Spannkraftbegrenzungsvorrichtung aufweist und daß der Spannkörper und das Spannkraftangriffselement kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist also der im Stand der Technik für ei­ ne stets richtige Einstellung der Vorspannung erforderliche externe Spann­ kraftbegrenzer, z. B. in Form eines Momentenschlüssels od. dgl., in die Spanneinrichtung integriert. Folglich kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung jeder, der überhaupt mit einem Schraubenschlüssel umgehen kann, die Vorspannung bei einer Schraubverbindung ohne weiteres richtig einstellen.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Spann­ einrichtung auszuführen. Das wird im folgenden anhand einer lediglich Aus­ führungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Sprengdarstellung einer bevorzugten Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Spanneinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen Spanneinrichtung und

Fig. 4 schematisch, ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung nach Fig. 3.

Die in den Figuren dargestellte Spanneinrichtung ist bestimmt für die Ein­ stellung der Vorspannung einer Schraubverbindung und besteht zunächst aus einem Spannelement 1 und einem mit dem Spannelement 1 zusammenwirkenden, nicht dargestellten Spanngegenelement.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Sprengdarstellung das Spannelement 1 der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung. Im Stand der Technik, von dem die vor­ liegende Erfindung ausgeht, ist das Spannelement als Spannangriffselement ausgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung besteht das Spann­ element 1 aus einem Spannkörper 2, einem Spannangriffselement 3 und einer Spannkraftbegrenzungsvorrichtung 4. Bei dem in Fig. 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannein­ richtung ist der Spannkörper 2 als Spannschraube ausgeführt. Wie weiter unten noch erläutert werden wird, ist es aber auch denkbar, den Spannkör­ per 2 als Spannmutter auszubilden. Erfindungsgemäß ist nun zusätzlich zum Spannkörper 2 und zum Spannkraftangriffselement 3 eine Drehmomentbegrenzung durch die Spannkraftbegrenzungsvorrichtung 4 verwirklicht. Damit ist er­ reicht, daß ohne besondere Hilfsmittel, insbesondere ohne Momentenschlüs­ sel od. dgl., stets die richtige Vorspannung eingestellt wird.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß das Spannkraftangriffselement 3 als Vielkant­ scheibe, nämlich als Sechskantscheibe ausgeführt ist. Die Spannkraftbegren­ zungsvorricntung 4 zur Erzeugung des Kraftschlusses zwischen dem Spannkraft­ angriffselement 3 und dem Spannkörper 2 weist sowohl ein Vorspannelement 5 als auch Reibbeläge 6, 7 auf; dabei ist als Vorspannelement 5 ein Federele­ ment 8 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Feder­ element 8 aus zwei Tellerfedern 9, 10. Bei der in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanneinrich­ tung ist das Spannkraftangriffselement 3 mit Spiel auf dem Spannkörper 2 angeordnet. Des weiteren ist ein Federelementgehäuse 11 vorgesehen, in dem das Federelement 8 angeordnet ist, im vorliegenden Fall also die Tellerfe­ dern 9, 10 angeordnet sind. Das Federelementgehäuse 11 ist in Richtung auf das Spannkraftangriffselement 3 axial verschieblich, aber drehfest auf dem Spannkörper 2 angeordnet. Erst durch das "Zusammenspiel" von Spannkörper 2 einerseits und auf dem Spannkörper 2 drehfest angeordnetem Federelementge­ häuse 11 andererseits wird erreicht, daß auf jeden Fall beide - vorzugswei­ se gleich große - Reibbeläge 6, 7 gleichermaßen beansprucht werden und auch - nach Überschreiten einer vorbestimmten Kraft - beide Reibbeläge 6, 7 der Bewegung des Spannkraftangriffselements 3 zuverlässig nicht mehr folgen.

Zuvor ist bereits ausgeführt worden, daß bei der dargestellten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zur Spannkraftbegrenzung zwei Reibbeläge 6, 7 vorgesehen sind. Im einzelnen sind das Spannkraftangriffs­ element 3 an der dem Federelementgehäuse 11 zugewandten Seite und der Spannkörper 2 an der dem Spannkraftangriffselement 3 zugewandten Seite jeweils mit einem Reibbelag 6, 7 versehen.

Um nun bei Spanneinrichtungen mit gleichen Bauelementen, also gleichem Spannkörper 2, gleichem Spannkraftangriffselement 3, gleichen Reibbelä­ gen 6, 7 und gleichem Federelement 8, beispielsweise also gleichen Teller­ federn 9 und 10, unterschiedliche Spannkräfte realisieren zu können, sind innerhalb des Federelementgehäuses 11 zusätzlich zu dem Federelement 8 Ausgleichscheiben 12, 13 vorgesehen. Mit Hilfe unterschiedlicher Feder­ elemente 8, im Ausführungsbeispiel also unterschiedlicher Tellerfedern 9, 10 und unterschiedlicher Ausgleichsscheiben 12, 13 können unterschiedli­ che Federkräfte und damit unterschiedliche Spannkräfte "eingebaut" werden.

Aus den Fig. 1 bis 3 geht ferner hervor, daß der Spannkörper 2 eine inner­ halb des Federelementgehäuses 11 liegende umfassende Fixierungsnut 14 auf­ weist und in die Fixierungsnut 14 ein das Federelement 8, also die Teller­ federn 9, 10 und die Ausgleichsscheiben 12, 13 axial festlegendes Fixie­ rungselement 15, nämlich ein Sprengring eingesetzt ist.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen weiter, daß das Federelementgehäuse 11 an der dem Spannkraftangriffselement 3 abgewandten Seite mit einer Abdeckscheibe 16 verschlossen ist. Dabei weist die Abdeckscheibe 16 einen radial verlaufen­ den Verbindungssteg 17 auf, der einerseits in Schlitze 18 des Spannkör­ pers 2 und andererseits in Schlitze 19 des Federelementgehäuses 11 ein­ greift. Mit Hilfe des Verbindungssteges 17 der Abdeckscheibe 16 sind also der Spannkörper 2 und das Federelementgehäuse 11 drehfest miteinander ver­ bunden.

Nicht dargestellt ist, daß die Abdeckscheibe auch so ausgeführt sein kann, daß sie zwei gegenüberliegende Innennasen und zwei gegenüberliegende Außen­ nasen aufweist. Auch bei einer solchen Ausführungsform erfolgt die dreh­ feste Verbindung zwischen Spannelement und Federelementgehäuse über die Abdeckscheibe, wobei die Innennasen und die Außennasen in die Schlitze des Spannkörpers bzw. des Federelementgehäuses eingreifen. Eine solche, nicht dargestellte Abdeckscheibe ist gegenüber der zuvor erläuterten Ab­ deckscheibe 16 aus den Fig. 1 bis 3 herstellungstechnisch günstiger, da sie über ihre gesamte Fläche die gleiche Stärke aufweist und daher im Stanzverfahren hergestellt werden kann.

Ist bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung der Spannkörper als Spann­ schraube ausgeführt, so ist es wichtig, daß die Abdeckscheibe mittels ei­ ner Befestigungsvorrichtung am Spannkörper befestigt ist. Während bei der Ausführungsform als Spannmutter die Abdeckscheibe eine mittige Öffnung zur Aufnahme des Spanngegenelementes aufweist und die Abdeckscheibe durch das Spanngegenelement fest mit dem Spannkörper und dem Federelementgehäuse ver­ bunden ist, ist bei der Ausführung als Spannschraube eine zusätzliche Befe­ stigungsvorrichtung für die Abdeckscheibe notwendig. Es ist einerseits denk­ bar, daß die Abdeckscheibe eine zentrale Bohrung aufweist und mit einer Hal­ teschraube am Spannkörper befestigt wird, andererseits ist es auch denkbar, den Verbindungssteg der Abdeckscheibe und die entsprechenden Schlitze im Spannkörper bzw. im Federelementgehäuse als Schwalbenschwanzverbindung aus­ zugestalten. Die zuletzt genannte Befestigungsvorrichtung ist besonders zweckmäßig, da hier die Abdeckscheibe nur seitlich auf das Federelementge­ häuse und den Spannkörper aufgeschoben werden muß.

Für eine lange Lebensdauer der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung ist es zweckmäßig, wenn das Federelementgehäuse 11 mit einer Schutzkappe 20 ver­ sehen ist. Eine solche Schutzkappe 20 schützt das Innere des Federelement­ gehäuses 11 vor Schmutz und Wasser und kann - werksseitig aufgebracht - bei entsprechender farblicher Gestaltung direkt das baulich vorgegebene Ansprechdrehmoment der Spanneinrichtung kennzeichnen.

Wie weiter oben schon angesprochen, kann der Spannkörper 2 auch als Spann­ mutter ausgeführt sein. Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Die erfindungsgemäße Ausführung als Spannmutter ist von besonderem Vorteil, da Spannmuttern nach der Lehre der Erfindung günstig herzustellen sind und auch nachträglich in schon vorhandenen Maschinen oder Anlagen einge­ bracht werden können.

Um die Wirkungsweise einer solchen Spannmutter näher zu erläutern, zeigt eine Prinzipskizze in Fig. 4 die erfindungsgemäße Spanneinrichtung, im Zusammenhang mit einer Einstelleinrichtung für die Einstellung der Riemen­ spannung eines Treibriemens 21 bei einem Verbrennungsmotor. Man erkennt, daß der Treibriemen 21 um mehrere Scheiben 22, 23 und 24 läuft, um so die Drehzahl der Kurbelwelle auf Wasserpumpe und Lichtmaschine 25 zu übertra­ gen. Im Stand der Technik erfolgt die Spannung des Treibriemens 21 stets durch ein Verschwenken der Lichtmaschine 25 um eine horizontale Achse. Strichpunktiert angedeutet ist ein (ortsfester) Motorblock 26, an den einerseits die Lichtmaschine 25 schwenkbar und andererseits ein Führungs­ träger 27 fest angeschlossen sind. Die Lichtmaschine 25 ist mit ihrem freien Ende mittels einer Führung 28 in einem Langloch 29 des Führungsträgers 27 mit Spiel gehaltert. Über einen Bolzen 30 läßt sich die Führung 28 im Lang­ loch 29 verschieben und damit die Spannung des Treibriemens 21 einstellen.

Ein besonders leichtes Nachspannen wird nun erfindungsgemäß dadurch er­ reicht, daß der als Gewindestange ausgeführte Bolzen 30 durch eine Boh­ rung im abgewinkelten oberen Teil des Führungsträgers 27 geführt und mit einer erfindungsgemäßen Spannmutter versehen ist. Nun läßt sich - bei vor­ eingestelltem Drehmoment in der Spannmutter - die Treibriemenspannung bis zum gewünschten Wert durch einfaches Drehen am Spannkraftangriffselement 3 einstellen. Wird der gewünschte Wert überschritten, ist die entsprechende Treibriemenspannung erreicht und das Spannkraftangriffselement 3 rutscht über den Spannkörper 2, ohne ein weiteres Drehmoment zu übertragen. Eine zu starke Spannung des Treibriemens 21 wird auf diese Weise zuverlässig vermieden.

Schließlich geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, daß die den Reib­ belägen zugewandten Ringflächen des Spannkörpers und des Federelementge­ häuses und/oder die den Reibbelägen zugewandten Ringflächen des Spann­ kraftangriffselementes eine Oberfläche aufweisen, die eine Begrenzung des Drehmomentes nur in Spannrichtung erlaubt. Eine solche, nicht dargestellte Ausführungsform ist in solchen Fällen besonders zweckmäßig, wo zum Lösen einer Schraubverbindung ein größeres Drehmoment auftreten kann als beim Spannen. Dies ist z. B. bei Radschrauben, die bekannterweise durch Schmutz, Nässe oder Korrosion nach längerer Zeit oft festsitzen, von ganz wesentli­ cher Bedeutung, damit zum Lösen solcher Radschrauben ein größeres Drehmo­ ment erreicht werden kann, als die Spannkraftbegrenzungsvorrichtung in der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung es zuläßt.

Claims (18)

1. Mechanische Spanneinrichtung mit einem Spannelement und einem mit dem Spannelement zusammenwirkenden Spanngegenelement, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Spannelement (1) einen Spannkörper (2), ein Spannkraftangriffselement (3) und eine Spannkraftbegrenzungsvorrich­ tung (4) aufweist und daß der Spannkörper (2) und das Spannkraftangriffs­ element (3) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (2) als Spannschraube ausgeführt ist.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (2) als Spannmutter ausgeführt ist.

4. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spannkraftangriffselement (3) als Vielkantscheibe, vorzugswei­ se als Sechskantscheibe ausgeführt ist.

5. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannkraftbegrenzungsvorrichtung (4) zur Erzeugung des Kraft­ schlusses zwischen dem Spannkraftangriffselement (3) und dem Spannkörper (2) mindestens ein Vorspannelement (5) und mindestens einen Reibbelag (6, 7) aufweist.

6. Spanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vor­ spannelement (5) ein Federelement (8) vorgesehen ist.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder­ element (8) mindestens eine Tellerfeder (9, 10) vorgesehen ist.

8. Spanneinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelementgehäuse (11) vorgesehen und das Federelement (8) inner­ halb des Federelementgehäuses (11) angeordnet ist.

9. Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fe­ derelementgehäuse (11) in Richtung auf das Spannkraftangriffselement (3) axial verschieblich, aber drehfest auf dem Spannkörper (2) angeordnet ist.

10. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spann­ kraftangriffselement (3) an der dem Federelementgehäuse (11) zugewandten Seite und der Spannkörper (82) an der dem Spannkraftangriffselement (3) zu­ gewandten Seite jeweils mit einem Reibbelag (6, 7) versehen sind.

11. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des Federelementgehäuses (11) zusätzlich zu dem Federele­ ment (8) mindestens eine Ausgleichsscheibe (12, 13) vorgesehen ist.

12. Spanneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (2) eine innerhalb des Federelementgehäuses (11) liegende um­ fassende Fixierungsnut (14) aufweist und in die Fixierungsnut (14) ein das Federelement bzw. das Federelement (8) und die Ausgleichsscheibe (12, 13) axial festlegendes Fixierungselement (15), z. B. ein Sprengring eingesetzt ist.

13. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Federelementgehäuse (11) an der dem Spannkraftangriffselement (3) abgewandten Seite mit einer Abdeckscheibe (16) verschlossen ist.

14. Spanneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ deckscheibe (16) einen radial verlaufenden Verbindungssteg (17) aufweist und der Verbindungssteg (17) einerseits in Schlitze (18) des Spannkörpers (2) und andererseits in Schlitze (19) des Federelementgehäuses (11) eingreift.

15. Spanneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe mindestens eine Innennase und mindestens eine Außennase aufweist und die Innennase bzw. die Innennasen in einen Schlitz bzw. in Schlitze des Spannelementes und die Außennase bzw. die Außennasen in ei­ nen Schlitz bzw. in Schlitze des Federelementgehäuses eingreifen.

16. Spanneinrichtung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe mittels einer Befestigungs­ vorrichtung am Spannkörper befestigt ist.

17. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Federelementgehäuse (11) mit einer Schutzkappe (20) versehen ist.

18. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Reibbelägen zugewandten Ringflächen des Spannkörpers und des Federelementgehäuses und/oder die den Reibbelägen zugewandten Ringflä­ chen des Spannkraftangriffselementes eine Oberfläche aufweisen, die eine Begrenzung des Drehmomentes nur in Spannrichtung erlaubt.