Verfahren zum Zusammenfügen von Bauteilen durch Spaπnboizen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenfügen von Bauteilen durch Spannbolzen mit den Schritten

Anbringen eines Spannbolzens an den zu verbindenden Bauteilen

Aufdrehen einer Mutter auf den Spannboizen

Dehnen des Spannbolzens mit einer hydraulischen Spannvorrichtung, die an den Bauteilen abgestützt ist und an dem die Mutter am überragenden Ende des Spannbolzens angreift, und

Beidrehen der Mutter bis zur Anlage an einem der Bauteile.

Häufig müssen Bauteile unter Verwendung von vorgespannten Spannbolzen zusammengefügt werden. Dies ist beispielsweise bei Reaktorflanschen oder bei Befestigung eines Bauteils auf einem Fundament der Fall. übiϊcherweise wird ein Spannbolzen mit einer hydrauiischen Spannvorrichtung gedehnt und auf diesen wird unter Aufrechterhaltung der Dehnung eine Mutter aufgeschraubt. Die Mutter wird bis zur Anlage an einem der zu verbindenden Bauteile beigedreht.

Ein derartiges Verfahren zur Erzeugung und Aufrechterhaitung einer Vorspannung in einem Spannbolzen ist jedoch unzulänglich, weil die zu verbindenden Bauteile ein Setzverhalten haben. Erfolgt nach einer Dehnung des Schraubbolzens das Beidrehen der Mutter zu früh, geht ein Teil der Vorspannung durch einen nachfolgenden Setzvorgang der Bauteile wieder verloren, so dass letztlich der Spannbolzen eine zu geringe Vorspannkraft hat.

Der Erfändung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zusammenfügen von Bauteilen durch Spannbolzen anzugeben, das die Einhaltung einer gewünschten Vorspannung verbessert und den Einfluss des Setzverhaltens weitgehend beseitigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach ist vorgesehen, dass der Hydraulikdruck der Spannvorrichtung überwacht wird, dass während des Dehnens bei Erreichens eines Zielwertes des Hydraulikdruckes eine hydraulische Absperrung der Spannvorrichtung erfolgt und dass bei einem Druckabfall während der Absperrung ein erneuter Druckaufbau durch Nachpumpen vorgenommen wird.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass das Setzverhalten der zu verschraubenden Bauteile abgeschlossen sein sollte, bevor das Beidrehen der Mutter erfolgt, also das wettgehend kraftfreie lose Drehen der Mutter bis zur Anlage an dem Bauteil. Hierzu wird der Druckverlauf der hydraulischen Spannvorrichtung überwacht. Während des Spannvorgangs baut sich der Druck

an der Spannvorrichtung im wesentlichen linear mit der Zeit auf. Bei Erreichen eines Zielwertes des Drucks erfolgt eine Absperrung der Spannvorrichtung. Dies bedeutet, dass das Volumen des Hydraulikraumes im wesentlichen konstant gehalten wird und dass keine Flüssigkeit nachgepumpt wird, jedoch auch keine Flüssigkeit entweichen kann. Wenn in diesem Zustand ein Setzvorgang erfolgt, geht ein Teil der Vorspannung verloren. Dadurch vergrößert sich das ölgefüllte Volumen der Spannvorrichtung und der hydraulische Druck der Spannvorrichtung verringert sich. Fälit der Druck unter den unteren Grenzwert ab, so erfolgt ein erneuter Druckaufbau bis der Zielwert wieder erreicht ist. Auf diese Weise werden die schädlichen Auswirkungen eines Setzvorganges eliminiert. Damit wird gewährleistet, dass die Zugkraft der Spannvorrichtung in den Spannbolzen eingeleitet wird, so dass das Fügeverhalten der Bauteile die erzielbare Vorspannung nicht wesentlich beeinträchtigt. Ist der Druck innerhalb einer definierten Zeit, die als Haltezeit bezeichnet wird, innerhalb eines definierten Fensters konstant, leuchtet eine Signalleuchte auf, die dem Werker angibt, dass nunmehr das Beidrehen der Mutter erfolgen kann. Nach dem Beidrehen der Mutter wird der Druck abgesenkt und die Spannvorrichtung kann entfernt werden.

Der logische Ablauf des Verfahrens ist von den einzelnen Schritten abhängig. Zur Durchführung eines folgenden Arbeitsschrittes ist der Abschluss des vorherigen Arbeitsschrittes Startbedingung, Dies verhindert Fehlbedienungen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch eine elektronische Aufzeichnung bzw. Dokumentation erfolgen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine elektronische Aufzeichnung der folgenden Parameter durchgeführt wird :

a) Zeitdauer des Druckaufbaus bis zum Erreichen des Zielwertes,

b) Ob ein Nachpumpen erfolgt ist.

Auf diese Weise kann für jeden Spanπboizen festgehalten werden, wie die Montage erfofgt ist bzw. ob hierbei Besonderheiten aufgetreten sind. Dies ist unter Umständen wichtig für einen späteren Nachweis, dass die Spannschrauben mit der erforderlichen Vorspannung tatsächlich montiert worden sind.

Die Längung des Spannbolzens während eines Spannvorganges kann ermittelt werden, indem die Menge des in die Spannvorrichtung gepumpten Hydrauliköls bestimmt wird. Somit kann der Verfahrweg des Kolbens im Spannzylinder einer hydrautischen Spannvorrichtung über die ölfördermenge mittels Mikroprozessor und Drucksensoren berechnet werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Zusammenfügen von Bauteilen durch Spannbolzen, mit einer hydraulischen Spannvorrichtung, die einen Spannzylinder aufweist, einem Hydrauükaggregat zur Erzeugung des Druckes für die Spannvorrichtung und einem Steuergerät, an dem ein Zieiwert des Druckes einstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät das Hydraulikaggregat derart steuert, dass dieses nach Erreichen des Zieiwertes eine Absperrung der Spannvorrichtung für eine vorgegebene Haltezeit durchführt und dass das Steuergerät das Hydraulikaggregat wieder aktiviert, wenn innerhalb der Haltezeϊt der Druck unter einen unteren Grenzwert abfällt.

Eine derartige Vorrichtung kann sowohl zum Spannen einzelner Spannbolzen als auch zum gleichzeitigen Spannen einer Gruppe von Spannbolzen benutzt werden. Das elektronische Steuergerät stellt sicher, dass die genaue Erzeugung bzw. Einstellung der Vorspannung erst nach Abschluss des Setzverhaitens folgt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeisptel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Spannvorrichtung zum Dehnen eines

Schraubbolzens zum Zwecke des Beϊdrehens einer Mutter,

Fig. 2 einen anderen Längsschnitt der Spannvorrichtung nach Figur 1,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Druckes der Spannvorrichtung während eines Spannvorganges,

Fig. 4 den Einsatz zahlreicher Spannvorrichtungen, die durch ein

Druckaggregat betrieben und gesteuert werden und

Fig. 5 eine Draufsicht der in Figur 3 dargestellten Anordnung aus Richtung des Pfeiles IV.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Spannvorrichtung 13 dient dazu, zwei Bauteile 10, 11, die gegeneinanderliegende Anlageflächen aufweisen, durch einen Spannboizen 25 zu verbinden, indem auf das Gewinde 26 des Spannbolzens 25 eine Mutter 27 aufgedreht wird. Der Spannbolzen 25 ist an einem Ende 25a mit dem einen Bauteil 10 verbunden bzw. an diesem abgestützt, während auf das andere Ende 25b eine Zugspannung ausgeübt wird. Die Spannvorrichtung 13 weist ein Gehäuse 28 auf, welches eine Zugbuchse 29 enthält, die mit einem Innengewinde auf das Außengewinde des rückwärtigen Endes 25b des Schraubbolzens aufgeschraubt ist. Das Gehäuse 28 stützt sich mit einer Hülse 30 an dem Bauteil 11 ab. Durch die Hülse 30 verläuft eine Distanzbuchse 31, die den Spannbolzen 25 umgibt. Gegen das rückwärtige Ende der Distanzbuchse 31 wird die Mutter 27 gedreht. Die Distanzbuchse 31 nimmt die Dehnkraft des Spannbolzens 25 auf und wird zwischen Mutter 27 und Bauteil 11 axiai komprimiert.

Auf die Zugbuchse 29 wirken zwei hydraulische Kolben 32, 33, die in entsprechenden Zyiinderräumen des Gehäuses 28 angeordnet sind und die Zugbuchse 29 umgeben. Die Kolben 32 und 33 drücken gegen einen Flansch 34 der Zugbuchse 29, wodurch eine Feder 35 komprimiert wird, die im Endbereich des Gehäuses 28 angeordnet ist. Der Antrieb der Kolben 32, 33 erfolgt über Hydrauiiköi, das über den Schlauchanschfuss 15 zugeführt wird. Die Hydrauiikanschlüsse sind um die Längsachse des Gehäuses herum schwenkbar.

Die Hülse 30 enthält am rückwärtigen Ende einen Aufnahmeraum 38, in welchem ein Ringrad 39 angeordnet ist. In das Ringrad 39 ist die Mutter 27 passend eingesetzt, so dass sie drehfest mit dem Ringrad verbunden ist. Das Ringrad 39 weist eine Außenverzahnung auf, die mit einem Zahnrad 40 kämmt (Figur 2). Das Zahnrad 40 kämmt seinerseits mit einem weiteren Zahnrad 41, dessen Achse mit einem Hehrkant 42 verbunden ist. Die Zahnräder 40, 41 sind an einem Auslegerarm 43 drehbar gelagert, der von der Hülse 30 radial absteht. Durch Ansetzen eines Werkzeugs an den Mehrkant 42 kann über die Zahnräder 41 und 40 das Ringrad 39 mit der Mutter 27 gedreht werden.

Die Benutzung der Spannvorrichtung erfolgt in der Weise, dass der Spannbolzen 25 in das äußere Bauteil 10 eingeschraubt wird und das innere Bauteil 11 wird über den Schraubboizen geschoben. Dann wird die Distanzbuchse 31 auf den Schraubbolzen aufgeschoben und die Mutter 27 wird lose angedreht. Die Spannvorrichtung 13 wird aufgesetzt, indem die Hülse 30 über die Distanzbuchse 31 Zugbuchse 29 gedreht und auf das rückwärtige Ende 25b des Spannbolzens 25 aufgeschraubt. Nun erfolgt die Druckbeaufschiagung der Kolben 32, 33, wodurch der Spannbolzen 25 gedehnt wird. Durch Drehen des Mehrkants 42 kann die Mutter 27 beigedreht werden, indem sie so weit geschraubt wird, dass sie gegen das rückwärtige Ende der Dϊstanzbuchse 31 stößt. Wird nun die Spannvorrichtung druckentlastet, so wird der Spannbolzen 25 durch die Distanzbuchse 31 gedehnt und somit vorgespannt.

Figur 3 zeigt den Verlauf des Druckes P an der Spannvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit t. Beim Dehnen des Schraubbolzens erhöht sich der Druck P in einem Abschnitt 50 im wesentlichen linear. Dies ist auf die Elastizität des Schraubboizens und der von dem Druckaggregat zur Spannvorrichtung führenden Schläuche zurückzuführen. Wenn der Zielwert P _max des Druckes erreicht ist, wird das Drucksystem der Spannvorrichtung von dem Hydraulikaggregat abgesperrt. Dies bedeutet, dass dem Verbrauchervolumen kein Hydrauiiköi mehr zugeführt wird, und dass auch kein Hydrauliköl daraus entweichen kann. Zum Zeitpunkt tl des Erreichens des Zielwertes P _ma>; beginnt im Steuergerät eine Haitezeit t _H zu laufen, in der der Absperrzustand aufrechterhalten bleibt. Der Verlauf 51 in Figur 2 gibt an, dass ein Setzvorgang erfolgt, bei dem die Bauteile sich gegeneinander bewegen. Die Folge ist ein Abfall des Druckes P. Wenn der Druck P auf einen unteren Grenzwert P _s abgesunken ist, nimmt das Hydrauiikaggregat den Pumpvorgang wieder auf und es entsteht ein Abschnitt 52, in dem der Druck wieder im wesentlichen linear bis auf den Zielwert P _maχ ansteigt. Nach Erreichen des Zielwertes beginnt eine neue Haitezett t _H zu laufen. Die Haltezeit hat einen vorbestämmten konstanten Wert. Wenn innerhalb der zweiten Haltezeit kein neuer Setzvorgang erfolgt, wird nach Ablauf der zweiten Haltezeit zum Zeitpunkt t ₂ ein Signal zum Beidrehen der Mutter erzeugt. Dieses Signal gibt dem Werker an, dass nunmehr das Beidrehen der Mutter erfolgen kann. Wenn innerhalb der zweiten Haltezeit t _H ein neuer Setzvorgang erfolgt, der nicht bis zu dem unteren Grenzwert Pi reicht, wird der jeweilige Druck unterhalb von P _max beibehalten. Sinkt bei dem neuen Setzvorgang aber der Druck P unter den Grenzwert Pi ab, erfolgt ein erneutes Hochpumpen, wie bei dem Abschnitt 52.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Beispie! mit zahlreichen Spannvorrichtungen. Die zu verbindenden Bauteile 10, 11 sind hier Flansche, von denen einer mit einer Gehäusewand 12 verbunden ist. Ein Teil der Spannvorrichtungen 13 befindet sich außerhalb der Gehäusewand 12, also auf der Außenseite des Gehäuses, und ein anderer Teil der Spannvorrichtungen befindet sich auf der Innenseite. Jede der

Spannvorrichtungen 13 weist einen Schtauchanschluss 15 auf, der mit dem

Hydrauükaggregat durch einen Schlauch 16 bzw. 17 verbunden ist. Die

Spannvorrichtungen sind in hydraulischer Parallelschaltung an das HydrauMkaggregat 20 angeschlossen.

Das Hydraulikaggregat 20 enthält eine Pumpe 21, die von einem Motor angetrieben ist. Die Pumpe ist eine volumetrische Pumpe, deren Fördermenge der Drehzahl des Motors proportional ist. Die Steuerung des Motors erfolgt durch ein Steuergerät 22, das mit verschiedenen Sensoren verbunden ist. Einer dieser Sensoren ist ein Drucksensor 23, der an die Druckleitung des Hydraulikaggregates angeschlossen ist. Das Drucksignal des Drucksensors 23 wird an das Steuergerät 22 geliefert und dieses steuert das Hydraulikaggregat 20, entsprechend den anhand von Figur 2 erläuterten Kriterien.

Das elektronische Steuergerät 22 hat auch eine Speicherfunktion, um die oben schon erläuterte Dokumentation eines Spannvorgangs vorzunehmen. Ferner hat das Steuergerät Signallampen, mit denen u. a. ein Signal zum Beidrehen der Mutter erzeugt werden kann. Das Beidrehen der Mutter erfolgt durch Bewegen eines Drehantriebs 18 der Spannvorrichtung 13.