Die Erfindung betrifft ein Spannelement zum Erzeugen einer axialen Vorspannkraft einer Schraubverbindung, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, welche mittels eines Federelementes miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rohrverbindung, welche ein erfindungsgemäßes Spannelement enthält, und ein Spannwerkzeug zum Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes.

Spannelemente können dazu verwendet werden, eine konstante axiale Vorspannkraft auf die Verbindungsstelle zweier miteinander verbundener Bauelemente auszuüben.

Bekannte Spannelemente können eine Schraubenfeder enthalten, welche aus einem Draht gewickelt wird. Die Schraubenfeder weist einen Innendurchmesser auf, welcher in etwa dem

Schaftdurchmesser der Befestigungsschraube entspricht.

Dadurch kann die Befestigungsschraube im Innenbereich der Schraubenfeder angeordnet werden, so dass die Schraubenfeder beim Anziehen der Befestigungsschraube komprimiert wird. Dadurch kann eine durch die Federhärte definierte

Vorspannung der Schraubverbindung erzeugt werden. Solche bekannten Spannelemente weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Schraubenfeder während des Montagevorganges vom Schaft der Befestigungsschraube abrutschen kann, so dass der Montagevorgang erschwert wird. Sofern zusätzliche

Beilagscheiben zur Kraftübertragung von der Feder auf die Schraube erforderlich sind, können auch diese während des Montagevorganges herunterfallen. Weiterhin wird die Schraubenfeder bei jeder Umdrehung der Schraube nur um den Betrag der Steigung eines Gewindeganges komprimiert, so dass das Erzeugen einer hinreichenden Vorspannkraft viele

Schraubenumdrehungen erfordert. Dadurch wird die Montage zusätzlich erschwert. Schließlich ist das Innere der

Schraubenfeder für eine Reinigung nur schwer zugänglich, so dass die bekannten Spannelemente bei erhöhten Anforderungen an die Hygiene nur mit erheblichem Aufwand einsetzbar sind.

Ausgehend von diesem aus der Praxis bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannelement bereitzustellen, welches in einfacher Weise montierbar ist. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Spannelement anzugeben, welches mit geringerem Aufwand gereinigt werden kann. Ferner sollen eine

Rohrverbindung und ein Spannwerkzeug angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spannelement gemäß Anspruch 1, eine Rohrverbindung gemäß Anspruch 6 und ein Spannwerkzeug gemäß Anspruch 7 gelöst .

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Spannelement mit zwei Schenkeln auszustatten, welche jeweils eine Durchgangsbohrung aufweisen. Vor der Montage der Schraubverbindung wird der Schaft der Schraube in den Durchgangsbohrungen aufgenommen. Beide Schenkel sind über ein Federelement so verbunden, dass diese um einen virtuellen Drehpunkt

schwenkbar sind. Auf diese Weise wird beim Zusammenführen beider Schenkel eine den Abstand der Schenkel vergrößernde Federkraft ausgeübt, welche die Schenkel wieder nach außen treibt. Dadurch sorgt die Federkraft dafür, dass das Spannelement mit den Durchgangsbohrungen am Schaft der Schraube verklemmt. Dadurch wird das Spannelement unverlierbar mit der Schraube vereint .

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der erste Schenkel, der zweite Schenkel und das Federelement einstückig aus einem einzelnen Blechstreifen gefertigt werden. Der Blechstreifen kann beispielsweise durch Sägen, Schneiden oder Fräsen aus einer Blechplatte geformt werden und

schließlich durch Umformen in die endgültige Form des Spannelementes gebogen werden. Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine einfache und rationelle Fertigung des Spannelementes. Weiterhin wird durch die Vermeidung von

Fügestellen die Zuverlässigkeit des Spannelementes erhöht. Schließlich kann das Spannelement kompakt und glattflächig ausgeführt sein, um auf diese Weise das Anhaften von Verschmutzungen zu minimieren.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Spannelement aus rostfreiem Stahl gefertigt sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Spannelement auch in der pharmazeutischen- oder Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann, ohne die hergestellten Produkte zu

kontaminieren. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird unter einem rostfreiem Stahl eine Legierung bezeichnet, deren Werkstoffnummer nach europäischer Norm mit den Ziffern 1.4 beginnt.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Federelement zumindest einen ersten Abschnitt und zumindest einen zweiten Abschnitt aufweisen, welche im entspannten Zustand einen Winkel von etwa 30° bis etwa 5° einschließen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einen Winkel von etwa 25° bis etwa 15° einschließen. Durch diese Ausführungsform des Federelementes kann die vom Spannelement bereitgestellte Federkraft gesteigert werden, ohne die prinzipiellen

Vorteile des vorgeschlagenen Spannelementes aufzugeben.

Insbesondere kann das Spannelement weiterhin einstückig hergestellt sein und in einfacher Weise gereinigt werden.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Spannelement bei einer Rohrverbindung verwendet. Das erfindungsgemäße Spannelement kann mit einem Spannwerkzeug vorgespannt werden, in welches das Spannelement eingelegt und damit in einfacher Weise fixiert wird. Durch ein Presselement, welches eine Vorspannkraft auf beide Schenkel des Spannelementes

aufbringt, wird der Abstand beider Schenkel verringert und dadurch das Federelement vorgespannt . Nach dem Einbringen der Schraube kann die durch das Spannwerkzeug aufgebrachte Vorspannkraft gelöst werden. Dadurch federt das Spannelement so weit zurück, bis dieses am Schaft der Schraube verklemmt. Da das Spannelement nunmehr mit einer Vorspannung am Schaft der Schraube fixiert ist, reichen wenige

Schraubenumdrehungen, um das Spannelement so weit zu

komprimieren, bis der Schaft der Schraube in den Durchgangsbohrungen der Schenkel des Spannelementes frei verschieblich ist. In diesem Zustand kann das Spannelement eine

Vorspannkraft auf das mit der Schraube und dem Spannelement fixierte Bauteil aufbringen.

Um das Einbringen der Schraube zu ermöglichen, kann das Spannwerkzeug eine zur Durchgangsbohrung des zweiten

Schenkels korrespondierende Durchgangsbohrung aufweisen, in welche die Schraube aufnehmbar ist. Wahlweise kann die

Durchgangsbohrung in einigen Ausführungsformen auch als zum distalen Ende offener Schlitz ausgeführt sein, um das Entfernen der mit dem Spannelement versehenen Schraube in besonders einfacher Weise zu ermöglichen, in dem der Schraubenschaft aus dem Schlitz ausgefädelt wird.

In einigen Ausführungsformen kann das Fixieren des Spannelementes im Spannwerkzeug dadurch erfolgen, dass das Halteelement des Spannwerkzeuges an seinem distalen Ende einen Überstand aufweist, welcher mit der Stirnseite des zweiten Schenkels in Eingriff bringbar ist. Auf diese Weise kann das Spannelement in das Spannwerkzeug einfach eingelegt werden, ohne dass eine weitere mechanische Befestigung des

vorzuspannenden Spannelementes im Spannwerkzeug erfolgen muss .

Sofern das Presselement an einem zwischen dem Federelement und der Durchgangsbohrung gelegenen Punkt am ersten Schenkel angreift, kann die Schraube in besonders einfacher Weise in das Spannelement eingebracht werden, ohne dass Teile des Spannwerkzeuges die Durchgangsbohrung des ersten Schenkels des Spannelementes blockieren.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden unter

Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt :

Figur 1 eine mit dem erfindungsgemäßen Spannelement versehene

Schraube,

Figur 2 eine Ausführungsform des Spannelementes im

entspannten Zustand,

Figur 3 das Spannelement gemäß Figur 2 im vorgespannten

Zustand, Figur 4 das Spannelement gemäß Figur 2 in der endgültigen Einbauposition,

Figur 5 eine Rohrverbindung mit Spannelementen gemäß der

vorliegenden Erfindung,

Figur 6 eine erste Ausführungsform eines Spannwerkzeuges zum

Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes, und

Figur 7 eine zweite Ausführungsform eines Spannwerkzeugs zum

Vorspannen eines erfindungsgemäßen Spannelementes.

Figur 1 zeigt eine Schraube 20. Die Schraube 20 weist einen mit einem Gewinde versehenen Schaft 202 sowie einen Kopf 201 auf. Über den Kopf 201 kann ein Anzugsdrehmoment übertragen werden. Dazu kann der Kopf 201 die in Figur 1 dargestellte Form eines Sechskant-Kopfes aufweisen oder eine andere, an sich bekannte Form. Der Schaft 202 weist zumindest in einem Teilabschnitt ein Gewinde auf. Dieses kann ein genormtes metrisches Gewinde oder eine andere Form aufweisen.

Am Schaft 202 ist ein Spannelement 10 fixiert. Das Spannelement 10 wird anhand der Figuren 2 - 4 näher erläutert. Die Federkraft des Spannelementes 10 bewirkt eine Klemmung des Spannelementes 10 am Schaft 202. Somit kann das Spannelement 10 an einer beliebigen Stelle bzw. in einem vorgebbaren Längsabschnitt des Schaftes 202 festgelegt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, Schrauben 20 mit einem daran festgelegten Spannelement 10 auszustatten und in den Handel zu bringen oder in an sich bekannter Weise zum Ort der letzten Verwendung zu

transportieren. Dort kann die Schraube 20 dann mitsamt dem Spannelement 10 in einem einzigen Arbeitsgang montiert werden . Figur 2a zeigt einen Querschnitt durch ein Spannelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Spannelement 10 weist einen ersten Schenkel 101 und einen zweiten

Schenkel 202 auf. Beide Schenkel weisen jeweils eine

zugeordnete Durchgangsbohrung 105 auf. Die Schenkel sind über ein Federelement 103 miteinander verbunden. Die

einseitige Fixierung der Schenkel 101 und 102 am

Federelement 103 bewirkt, dass die Schenkel 101 und 102 gegenüber der Symmetrieachse des Spannelementes 10 um einen Winkel ß geneigt sind. Bei der Komprimierung des

Federelementes 103 verringert sich der eingeschlossene

Winkel ß, so dass der erste Schenkel 101 und der zweite Schenkel 101 mit zunehmender Kompression des Federelementes 103 zunehmend eine zueinander parallele Stellung einnehmen.

Der erste Schenkel 101, der zweite Schenkel 102 und das Federelement 103 können in einigen Ausführungsformen der Erfindung einstückig hergestellt sein. Auf diese Weise werden Fügestellen zwischen dem Federelement 103 und den Schenkeln 101 und 102 vermieden. Dies kann die Zuverlässigkeit des Spannelementes erhöhen und/oder eine besonders einfache Fertigung des Spannelementes aus nur einem

Blechstreifen ermöglichen.

Das Federelement 103 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein einfach gebogener Teilabschnitt der das Spannelement bildenden Materiallage sein. Zur Erhöhung der

Federkraft kann die in Figur 2a dargestellte komplexere Form des Federelementes 103 gewählt werden. In der dargestellten Ausführungsform enthält das Federelement zumindest einen ersten Abschnitt 131 und einen zweiten Abschnitt 132, welche im entspannten Zustand einen Winkel α von etwa 2,5° bis etwa 15° zur Symmetrieachse einnehmen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Winkel α etwa 7,5° bis etwa 12,5° betragen. Der von den beiden Abschnitten 131 und 132 eingeschlossene Winkel beträgt somit 2a, d.h. etwa 5° bis etwa 30° bzw. etwa 15° bis etwa 25°.

Auch die gemäß Figur 2a dargestellte Ausführungsform des Federelementes kann durch Biegen zusammen mit dem ersten Schenkel 101 und dem zweiten Schenkel 102 aus einem einzigen Blechstreifen gefertigt werden.

Wie aus Figur 2b ersichtlich, sind die Durchgangsbohrungen 105 so übereinander angeordnet, dass diese fluchten, jedoch in der Projektion unter dem Winkel ß einen Durchmesser aufweisen, welcher geringer ist als der Durchmesser des Schaftes 202 der Schraube 20.

Figur 3 zeigt das Spannelement gemäß Figur 2a und 2b in einem vorgespannten Zustand. Unter der Vorspannung wird das Federelement 103 komprimiert, so dass sich der Winkel ß zwischen dem ersten Schenkel 101 und der Symmetrieachse des Spannelementes verringert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann sich durch die Kompression des Spannelementes 10 auch der Winkel α zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 131 und 132 des Federelementes 103 verringern. In der in Figur 3 dargestellten Stellung des Spannelementes kann dieses mit den Bohrungen 105 am Schaft einer Schraube 202 verklemmen, d.h. das Spannelement 10 kann an einer beliebigen Stelle des Schaftes 202 festgelegt werden. Die Klemmung erfolgt in der dargestellten Ausführungsform an drei Kontaktpunkten 108 zwischen dem Spannelement 10 und dem Schaft 202 der Schraube 20. Zwei Kontaktpunkte 108 sind zwischen dem distalen Ende der Bohrungen 105 und dem Schaft 202 ausgebildet. Ein weiterer Kontaktpunkt 108 ist zwischen dem Federelement 103 und dem Schaft 202 ausgebildet. Figur 4 zeigt das Spannelement gemäß Figur 2 und 3 in seiner endgültigen Einbaustellung, welche gleichzeitig die

Montagestellung darstellt. Das in Figur 4 dargestellte

Spannelement ist gegenüber dem in Figur 3 dargestellten Spannelement noch weiter komprimiert, so dass der erste Schenkel 101 und der zweite Schenkel 102 nahezu parallel zueinander stehen. In dieser Stellung fluchten auch beide Bohrungen 105, so dass das Spannelement 10 auf den Schaft 202 einer Schraube 20 verschiebbar ist. Erkennbar ist weiterhin, dass auch der Winkel α zwischen dem ersten

Längsabschnitt 131 und dem zweiten Längsabschnitt 132 des Federelementes 103 durch die Kompression des Spannelementes 10 weiter verringert ist. Da an den vorherigen

Kontaktpunkten 108 keine Berührung zwischen dem Spannelement 10 und der Schraube 20 mehr besteht, ist das Spannelement 10 nunmehr auf den Schaft 202 der Schraube 20 verschieblich. Dadurch kann das Spannelement 10 eine axiale Vorspannung auf die Schraubverbindung ausüben. Die durch die Schraubverbindung miteinander fixierten Bauteile werden somit mit einer durch das Spannelement 10 definierten Kraft aufeinander gehalten .

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die

Verringerung des Winkels ß zwischen den in Figur 2 und

Figur 3 gezeigten Stellungen größer sein als zwischen den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Stellungen. Auf diese Weise kann der größte Teil der Kompression des Spannelementes 10 zwischen der völlig entspannten Position nach Figur 2 und der Einbauposition gemäß Figur 4 bei der Vormontage des Spannelementes 10 auf der Schraube 20 erfolgen. Bei der endgültigen Herstellung der Schraubverbindung genügen dann wenige Umdrehungen des Schraubenkopfes, um das Spannelement 10 von der in Figur 3 gezeigten vorgespannten Stellung in die endgültige Montageposition gemäß Figur 4 zu überführen. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Spannelement vor der Montage der Schraubverbindung unverlierbar an der Schraube 20 festgelegt werden. Gleichzeitig wird die zur

Fertigstellung der Schraubverbindung erforderliche Anzahl an Umdrehungen des Schraubenkopfes reduziert, so dass die

Fertigstellung der Schraubverbindung in einfacher Weise möglich ist.

Figur 5 zeigt eine Rohrverbindung 30 als Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannelementes. Selbstverständlich ist die Verwendung des Spannelementes nicht auf das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann das Spannelement für jedwede Verschraubung verwendet werden, welche mit einer vorgebbaren Vorspannkraft beaufschlagt werden soll.

Die Rohrverbindung 30 dient zur Verbindung zweier Rohre 311 und 312. Dabei ist am ersten Rohr 311 ein Kegelsitz

angeformt und am zweiten Rohr 312 eine dazu komplementäre Aufnahme. Im Kegelsitz zwischen dem ersten Rohr 311 und dem zweiten Rohr 312 kann ein optionaler Dichtungsring 310 angeordnet sein.

Zumindest eines der Rohre 311 und 312 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung aus einem zum Sprödbruch neigenden Material gefertigt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dies ein Glas oder eine Keramik sein .

Um den Kegelsitz zwischen den Rohren 311 und 312 mit einer konstanten axialen Vorspannung zu beaufschlagen, wird das Rohr 311 in eine Schelle 301 eingeführt. Das Rohr 312 wird in eine Schelle 302 eingeführt. Um das Auftreten von

Spannungsspitzen am äußeren Umfang der Rohre 311 und 312 zu vermeiden, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung jeweils ein Elastomerring 303 bzw. 304 zwischen der Anlagefläche der Schellen 301 und 302 und den jeweiligen Rohrenden 311 und 312 angeordnet sein.

In der Ausführungsform gemäß Figur 5 weisen die Schellen 301 und 302 jeweils drei übereinander angeordnete Bohrungen auf, in welche der Schaft 202 einer Schraube 20 aufnehmbar ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Bohrungen und damit die Anzahl der Schrauben 20 größer oder geringer sein.

Zur Montage der Rohrverbindungen werden in die Bohrungen der Schelle 301 die Schrauben 20a, 20b und 20c eingeführt. Zuvor wurden auf die Schäfte 202 jeweils vorgespannte Spannelemente 10a, 10b und 10c aufgebracht und durch Klemmung befestigt .

Nach der Vorsteckmontage der Schrauben 20a, 20b und 20c werden diese durch die Bohrungen der Schelle 302 geführt und an deren Unterseite mit Muttern 203 verschraubt. Durch

Anziehen der Mutter 203 werden die drei Spannelemente 10a, 10b und 10c von der in Figur 3 dargestellten Stellung in die in Figur 4 dargestellte Stellung überführt. Dadurch bringen die Spannelemente 10 eine durch ihre Materialkonstante und ihre Form bestimmte Vorspannkraft auf die Schellen 301 und 302 auf. Diese wird über die Elastomerringe 303 und 304 auf die Rohrenden 311 und 312 übertragen, so dass die

Rohrverbindung dichtend und gleichzeitig mechanisch

belastbar hergestellt ist.

Figur 6 zeigt ein Spannwerkzeug zur Vorspannung eines erfindungsgemäßen Spannelementes in einer ersten Ausführungsform. Das Spannwerkzeug 40 weist ein Halteelement 410 auf. In das Halteelement 410 ist der zweite Schenkel 102 eines Spannelementes 10 einbringbar. Nachdem das Spannelement 10 in das Spannwerkzeug eingelegt wurde, steht die Stirnfläche 106 des zweiten Schenkels 102 mit einem Vorsprung bzw. Überstand 412 in Eingriff, welcher am distalen Ende 415 des Halteelementes 410 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Verrutschen bzw. Herausfallen des Spannelementes 10 aus dem Spannwerkzeug 40 vermieden.

Weiterhin weist das Spannwerkzeug ein Presselement 420 auf, welches über einen Drehpunkt 440 gelenkig mit dem

Halteelement 410 verbunden ist. Das Presselement 420 greift an einem Punkt 107 am Spannelement 10 an. Der Angriffspunkt 107 befindet sich zwischen dem Federelement 103 und der Durchgangsbohrung 105, so dass die Durchgangsbohrung 105 durch das Presselement 420 nicht verlegt wird.

Nun kann durch Betätigen der Handhebel 430 und 435 das Presselement 420 so gegen das Federelement 103 geführt werden, dass das Spannelement 10 komprimiert wird. Dies bewirkt ein Überführen des Spannelementes von der in Figur 2 gezeigten Stellung in die in Figur 4 gezeigte Stellung.

Im nächsten Schritt kann nun eine Schraube 20 durch die Durchgangsbohrungen 105 eingeführt werden. Hierzu weist das Halteelement 410 des Spannwerkzeuges 40 eine Durchgangsbohrung 411 auf. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Durchgangsbohrung 411 auch zum distalen Ende 415 hin offen ausgeführt werden, so dass das Halteelement 410 die Form einer zweizinkigen Gabel annimmt.

Nachdem die Schraube 20 eingeführt wurde, kann die Anpress- kraft des Presselementes 420 reduziert werden. Dadurch dehnt sich das Spannelement aus der in Figur 4 gezeigten Stellung in die in Figur 3 gezeigte Stellung aus. Dies führt zum Verklemmen des Spannelementes auf dem Schaft 202 der

Schraube 20. Die Schraube 20 kann nun mit dem daran befestigten Spannelement 10 aus dem Spannwerkzeug entnommen werden und der Endmontage zugeführt werden.

Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spannwerkzeuges. Die grundlegende Funktion entspricht derjenigen des Spannwerkzeuges gemäß Figur 6. Auch die Ausführungsform gemäß Figur 7 weist ein Halteelement 410 mit einer Durchgangsbohrung bzw. einer zum distalen Ende 415 hin offenen Aussparung auf. Diese dient zur Aufnahme des zweiten

Schenkels 102 des Spannelementes 10, wie vorstehend

beschrieben. Weiterhin weist auch das Spannwerkzeug gemäß Figur 7 ein Presselement 420 auf, welches das Federelement 103 komprimiert, um die Vorspannung des Spannelementes 10 zu erzeugen .

Gemäß Figur 7 ist vorgesehen, die Vorspannung durch zwei Handhebel 430 und 435 zu erzeugen, welche in etwa rechtwinklig zur Einführrichtung der Schraube 120 stehen. Auf diese Weise wird das Einführen der Schraube 20 nicht durch den Handhebel 430 behindert, so dass sich eine einfachere Handhabung des Presswerkzeuges gemäß Figur 7 ergeben kann.

Nachdem die Schraube 20 in die Bohrung 105 eingeführt wurde, wird die durch das Spannwerkzeug aufgebrachte Vorspannung gelöst und die Schraube 20 mit dem daran befestigten Spannelement 10 aus dem Spannwerkzeug entnommen, wie anhand von Figur 6 beschrieben.

Selbstverständlich erlaubt das in der vorstehenden Beschreibung offenbarte Lösungsprinzip auch Abwandlungen, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken zu verlassen. Die

vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die Beschreibung „erste", „zweite", „dritte" und „vierte" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.