(57)【要約】  本発明は、変位媒体6,6aによって圧力を発生させ、結果として変形して、部品7,8の確実な接続のための加工物に関する。とくに本発明は、その内部に、材料内に進入する圧力ラム4によって可逆的に圧縮可能で変位可能な材料または材料混合物を内部に有する圧入ボルトに係り、その結果、ボルトは、ボルトの内圧を高めて拡径させ、とくに、機械工学における軸/ハブの接続部の、非常に安全で可逆的な圧入が可能になる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械部品の確実な可逆的接続のために予め可逆的に変形可能な加工物であって、
(i) 接続されるべき機械部品(7)の表面への接触面(9)をその周囲に有する基本的に円筒形状の基体(8)と、
(ii) 液体であるかまたは流動性を有するおよび/または粉状形態または顆粒状形態の固体である変位媒体(6)(6a)が完全にまたは部分的に充填され、前記基体の内部にある少なくとも１つの変位空間(22)(23)と、
(iii) 圧力および張力手段(1)(2)(3)(5)(14)〜(20)と、
(iv) 前記変位空間内の前記変位媒体を圧縮するために前記圧力および張力手段によって完全にまたは部分的に前記変位空間のなかに押し込むことができるような形状とサイズに設計され、その結果、前記接触面(9)上の前記基体の周囲が増大し、それによって接続されるべき機械部品への非常に確実な可逆的接続部の形成をもたらす少なくとも１つの圧力ラム(4)と、
を具備し、
１つ以上の前記変位空間に用いられる前記変位媒体は、前記基体(8)の材料の弾性率の多くとも２０％の全体に作用する弾性率を有し、前記基体の膨張係数から最大１０％異なる全体に作用する膨張係数を有することを特徴とする可逆的に変形可能な加工物。
【請求項２】
前記変位媒体(6)の膨張係数が前記基体(8)のそれとは０〜５％異なることを特徴とする請求項１に記載の加工物。
【請求項３】
前記変位媒体(6)の弾性率が前記基体(8)の弾性率の０．００１％〜１５％であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項４】
前記変位空間(22)(23)は、共通の前記接触面(9)の長さに対応する長さl1よりも最大で２５％大きいか、または最大で２５％小さい、軸方向の長さl2を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項５】
前記長さl2が前記長さl1より１０〜１５％長いことを特徴とする請求項４に記載の加工物。
【請求項６】
前記接触面(9)と外面変位空間(22)(23)との間の距離を(l3)とし、前記変位空間(22)(23)の直径を(d1)としたときに、前記距離(l3)と前記直径(d1) との(l3)/(d1)比が０．０５〜３であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項７】
前記(l3)/(d1)＝０．１２５〜１．５であることを特徴とする請求項６に記載の加工物。
【請求項８】
前記圧力ラム(4)の直径(d2)に対する前記変位空間(22)の直径(d1)の比が１．０１〜５．０であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項９】
前記比が２〜３．５であることを特徴とする請求項８に記載の加工物。
【請求項１０】
前記変位媒体(6)(6a)が配置されている少なくとも１つの変位空間(22)(23)は、基本的に円筒形状、円錐形状またはリング形状を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１１】
前記圧力ラムは、円筒形状、円錐形状またはリング形状の前記変位空間の全体または一部に適合するように設計されていることを特徴とする請求項１０に記載の加工物。
【請求項１２】
前記圧力ラム(4)は、所望の表面輪郭を有するように設計されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１３】
前記圧力ラム(4)は、液圧手段(19)によって操作されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１４】
前記変位媒体(6)を有する第１の変位空間(22)と、前記変位媒体(6a)を有する少なくとも１つの第２の変位空間(23)とを備え、
一方の前記変位媒体はより高い膨張係数を有し、他方の前記変位媒体は前記基体(8)よりも低い膨張係数を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１５】
前記２つの変位媒体(6)(6a)のうちの１つは、＜11×10-6/Kの膨張係数を有することを特徴とする請求項１４に記載の加工物。
【請求項１６】
前記第１の変位空間(22)は、リング形状を有し、前記基体(8)の外周に沿ってその内部に配置され、前記第２の変位空間(23)は、同心円状に配置された中空円筒であり、
リング形状の前記第１の変位空間(22)が円筒形状の前記第２の変位空間(23)の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１４又は１５のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１７】
前記基体(8)は、70,000 〜 300,000 N/mm2の弾性率を有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項１８】
前記材料は、鋼または合金鋼、または180,000 〜 220,000 N/mm2 の弾性率を有する鋼または合金鋼を含む材料であることを特徴とする請求項１７に記載の加工物。
【請求項１９】
前記変位媒体(6)(6a)は、単一のコンポーネントであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２０】
前記変位媒体(6)(6a)は、それぞれが異なる弾性係数および/または膨張係数を有する少なくとも２つのコンポーネントの混合物であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２１】
前記変位媒体(6)(6a)は、二成分または三成分の混合物であることを特徴とする請求項２０に記載の加工物。
【請求項２２】
前記変位媒体(6)(6a)の１つのコンポーネントは、黒鉛、ガラス繊維または鉄ニッケル合金を有することを特徴とする請求項２０又は２１のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２３】
前記変位媒体(6)の１つのコンポーネントは、プラスチック、プラスチック混合物またはエラストマーであることを特徴とする請求項２１又は２２のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２４】
前記変位媒体(6)の１つのコンポーネントは、黒鉛、石英、ガラス繊維または鉄/ニッケル合金を含み、さらなるコンポーネントは、プラスチック、プラスチック混合物またはエラストマーであり、前記基体(8)は基本的に70,000 〜 300,000 N/mm2の弾性率を有する材料からなることを特徴とする請求項２１又は２２のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２５】
前記変位媒体(6)は二成分混合物であり、前記２つのコンポーネントは以下の群のうちから選択されることを特徴とする請求項２４に記載の加工物。
(i)ポリエステル、ＰＶＣまたはエラストマー、および  石英またはガラス繊維
(ii) ポリエステル、ＰＶＣまたはエラストマー、および  鉄ニッケル合金
(iii) ポリエステル、ＰＶＣまたはエラストマー、および  黒鉛
(iv)エポキシ樹脂、および  黒鉛
(v)グリコール類または油脂類、および  黒鉛
【請求項２６】
前記変位媒体は、黒鉛または石英または鉄ニッケル合金を６０〜９８％含有することを特徴とする請求項２０乃至２５のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２７】
前記加工物は、クラッチまたは遊星キャリアに関連する圧入ボルト、ダウエルピン、シャフト、アクスル、ハブまたはコンポーネントであることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の加工物。
【請求項２８】
特に風力タービンにおいて中程度から大きな力を受ける装置および設備における機械部品の確実な設置および非破壊的な取り外しのための請求項１乃至２７のいずれか１項に記載のワークピースの使用。
【請求項２９】
シャフト／ハブ接続の作製用であることを特徴とする請求項２８に記載の加工物の使用。
【請求項３０】
請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の加工物を含むことを特徴とする風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の確実な可逆接続のための変位手段によって変形する加工物（ワークピース）に関する。特に、本発明は、材料内を貫通する圧力ラムによって高圧下で可逆的に圧縮可能で変位可能な材料または材料混合物をその内部に有する同様の作用を有する圧入ボルトまたは加工物に係り、ボルトの内圧を増加させることによってボルトの外径が増加し、接続される各種タイプのコンポーネント（成分、構成部品）、とくに機械工学における軸/ハブ接続部の非常に確実な可逆圧入が達成される。
【背景技術】
【０００２】
コンポーネント/機械部品の安全な接続は、それぞれの技術目的に従って達成されなければならない機械工学における基本的かつ繰り返しの作業である。ここでは、圧入部を有するボルトが、予荷重圧力およびその結果としての摩擦によって互いに接続されるようにしっかりと押し込まれることがしばしば必要であり、そのような高い摩擦力が圧入部において生じ、それ自体でボルトが緩まず、したがって軸方向の力およびねじりモーメントを伝達することができる。
【０００３】
これは、ボルトを大きな軸方向の力で穴に押し込む従来技術によって達成される。
【０００４】
さらなる可能性は、対応する穴でボルトを冷却することおよび/またはコンポーネントを加熱することにある。熱による穴の冷却や膨張の際には、ボルトの収縮によりボルトと穴との間に隙間が生じてボルトを挿入することができる。コンポーネントが共通の温度に達するとすぐに、圧入が行われる。この圧入は、もしあれば、限られた範囲でしか緩められない。
【０００５】
さらに、チューブは高い内圧下で「膨張」され得ることが知られている。今日まで、このプロセスは実際にはチューブの分野でのみに用いられている。ソリッドボルトの膨張または拡張は現在まで未だ報告されていない。
【０００６】
ボルトまたはダウエルピンを用いてコンポーネントを接続することについて現在までに知られている方法は、一旦作製された接続を破壊することなく再び分解することができないという欠点を一般に有する。同時にコンポーネントそれ自体はしばしば悪影響を受けることがある。しかし、多くの場合は、例えば風力タービンのように大きな力を受ける設備の場合には、設置における交換またはメンテナンス作業中において接続を切断することが望ましい。
【０００７】
本発明の目的は、その接続に関連して、所望のところで非常に安全であるばかりでなく、高い力に対して非常に耐久性があるが可逆的でもある圧入ボルトまたは同様の作用を有するコンポーネントの形態の接続装置を提供することにある。
【０００８】
この目的は、以下により詳細に説明されるように、本発明の部品を提供することにより達成されている。
【０００９】
本発明のコンポーネントは、圧力下で可逆的に膨張可能または変形可能な加工品であり、最も単純な場合には圧入ボルトまたは高圧ダウエルピンである。しかし、それはシャフトまたは軸の一部、例えば軸または軸の一端にあってもよいが、説明された特徴を有するハブ、平面歯車または遊星歯車装置の一体型コンポーネントであってもよい。
【００１０】
本発明のコンポーネントまたはワークピースは、基本的に、実質的に円柱状または任意に円錐状の基体またはボルト本体(8)を備え、その内部に１つまたは複数の穴の形態で１つまたは複数の空洞を、その長手軸線の方向に有することが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、この穴またはこれらの穴は、変位媒体用の変位空間として機能するものである。変位空間または空間は、種々の形状を有することができるが、好ましくはテーパ状または平坦な端部を有する円筒形状または円錐形状であるか、または例えば基体の断面の周囲に沿って内側にずれたリング形状である。基体の長手軸に平行配置された対応する形状の孔は、基体またはボルトの仮想中心軸まわりに規則的にまたは不規則に配置されてもよく、それぞれの空洞または穴のすべてまたは一部を充填することができる圧力ラムの導入と同時に、変位媒体を圧縮することができる。圧力ラム(4)は、穴の端部を形成し、機械的性質または液圧的性質を有することができる、対応する張力付与手段および圧力手段によって作動される。
【００１２】
圧力ラムは、提供される変位空間内に導入することができ、存在する変位媒体の変位によって少なくとも部分的に充填することができるように設計されている。圧力ラムは、好ましくは、円筒状の変位空間と同様にテーパ状または平坦な端部を有する円筒形状にすることができ、対応するリング状の変位空間に嵌合するようにリング形状にすることができる。圧力ラムは、せいぜい変位空間の直径(d1)に対応する直径(d2)を有することができるが、変位空間の内部に一定の高圧力を発生させるためには、比較的高い力を加えなければならない。したがって、圧力ラムが設けられる変位空間の直径よりも小さい直径を有する圧力ラムが有利である。一般には、d1/d2比は１〜５とすることができ、好ましくは２．０〜３．０とすることができる。
【００１３】
既に述べたように、複数の変位空間または穴または空洞が基体の軸に沿ってまたは基体の軸に平行に存在することが考えられる。好ましい実施形態では、基体またはボルトに、対応する変位媒体で満たされ、同心円状に配置された基本的に円筒形状の空洞または変位空間が設けられる。
【００１４】
空洞内に位置する媒体は、圧力ラムおよび圧力手段を介して弾性的に圧縮されるか、または変位され、その結果、穴の内部に結果として生じる圧力は、加工物またはボルトの外壁に対して半径方向に均一に半径方向に伝達され、接触面として機能するボルト状の加工物の周囲を増加させることによって後者を変形させる例えばハブ(7)のような、接続されるべき周囲のコンポーネントのための接続部(9)を有する。
【００１５】
本発明によれば、基体(8)および変位媒体(6)の材料特性の特定の要求がなされ、目的に応じて広い温度範囲で信頼性の高い可逆接続を被接続部品に確保することができる。
【００１６】
基体またはボルト本体は、元の形状（オリジナル形状）または基体の元の外周（オリジナル外周）になるように一定の弾性をもって高圧に耐えられるように設計される必要があり、それによってシステム内の張力の解除、すなわち圧力ラムの引き抜きの結果としての変位空間内の圧力低下時における確実な接続の破断（ブレーキング）が再び達成される。
【００１７】
最も好適な材料は、＞50,000 N/mm2、好ましくは ＞100,000 N/mm2、＞150,000 N/mm2、＞200,000 N/mm2、＞250,000 N/mm2、又は ＞300,000 N/mm2 の弾性率（弾性係数）を有する。とくに好適な材料は、例えば鋼または合金鋼またはこれらを有する材料のように例えば150,000 N/mm2 〜 300,000 N/mm2 の弾性率を有し、特に150,000 N/mm2 〜 250,000 N/mm2 を有し、好ましくは180,000 N/mm2 〜 220,000 N/mm2 を有する。
【００１８】
本発明によれば、穴(22)または空洞の空間を満たす変位媒体は、基体/ボルト本体そのもの自体よりもはるかに低い弾性率を有し、したがって基体/ボルト本体自体と比べて高い弾性を有している。本発明によれば、変位媒体の弾性率は、基体/圧入ボルトの材料の弾性率の２０％未満にする必要があるが、好ましくは、１５％、１０％、５％、１％または０．００１％である。本発明の変位媒体の理想的な弾性率は、周囲の基体の弾性率の０．００１％〜２０％であり、特に０．００１〜１０％である。
【００１９】
しかし、目的物セットを達成するのに適した変位媒体は、理想的には可能な場合には基体の膨張係数と相違しないか又は基体の膨張係数とは僅かにしか相違しない熱膨張係数を有する必要があり、もしそうでなければ（−４０℃から＋６０℃までの間で）温度差が生じた場合に、ある温度での接続が再び壊れたり、緩んだりすることがある。逆の場合は、許容できないほど高い面圧が発生して「破損開放（ブロークンオープン）」する。その結果、接続がもはや保証されなくなるか、または例えばコンポーネントの交換など、これが必要になる場合には、接続が困難になるだけでなく再び破損する可能性がある。
【００２０】
しかし、第１の要件によれば、基体(8)よりも著しく低い弾性率（＜30,000 N/mm2 、好ましくは ＞10,000 N/mm2 、＞1000 N/mm2 ）を有する従来の材料は、必要な弾性率が50,000〜300,000 N/mm2 である好適な基体材料よりも非常に高い膨張係数を有している。一般に、本発明の基体には鋼が用いられる。
【００２１】
本発明の目的は、基体またはボルトを取り囲む材料（例えば、鋼または合金鋼で作られたもの）よりも著しく小さい弾性率を有する材料を変位媒体として提供することにあるが、同時に全体に作用する熱膨張係数は、ボルト/基体（例示的には鋼または合金鋼）の膨張係数に匹敵し、すなわち０〜１０％、好ましくは０〜５％だけ異なる。本発明に従い使用することができる変位媒体のような材料は、異なる材料の混合物であってもよく、以下に詳細に開示され記載される。
【発明の概要】
【００２２】
本発明は、機械部品の確実な可逆的連結のために、特にクラッチまたは遊星キャリアまたは遊星歯車に関連する圧入ボルト、ダウエルピン、シャフト、アクスル、ハブ、シャフトまたはアクスルの一部、ハブの一部、またはコンポーネントの形で圧力により可逆的に変形可能な加工物に関し、
(i) 接続されるべき機械部品(7)の表面への接触面(9)をその周囲に有する基本的に円筒形状の基体(8)と、
(ii) 液体であるかまたは流動性を有するおよび/または粉状形態または顆粒状形態の固体である変位媒体(6)(6a)が完全にまたは部分的に充填され、前記基体の内部にある少なくとも１つの変位空間(22)(23)と、
(iii) 圧力および張力手段(1)(2)(3)(5)(14)〜(20)と、
(iv) 前記変位空間内の前記変位媒体を圧縮するために前記圧力および張力手段によって完全にまたは部分的に前記変位空間のなかに押し込むことができるような形状とサイズに設計され、その結果、前記接触面(9)上の前記基体の周囲が増大し、それによって接続されるべき機械部品への非常に確実な可逆的接続部の形成をもたらす少なくとも１つの圧力ラム(4)と、
を具備し、
１つ以上の前記変位空間に用いられる前記変位媒体は、前記基体(8)の材料の弾性率の多くとも２５％、好ましくは多くとも２０％の全体に作用する弾性率を有し、前記基体の膨張係数から最大で１０％、好ましくは０〜５％異なる全体に作用する膨張係数を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面斜視図である。
【図２】図２は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図３】図３は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図４】図４は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図５】図５は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図６】図６は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図７】図７は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図８】図８は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図９】図９は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図５のボルト周辺に複数のクランプユニットを配置した本発明の更なる方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図５のボルト周辺に複数のクランプユニットを配置した本発明の更なる方法を示す断面斜視図である。
【図１２】図１２は、個々の要素が１つの軸当たり１つの締め付けユニットによって周縁に配置されているクラッチを示す部分断面斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の可逆接続が用いられた遊星キャリアを示す斜視図及びその一部を切り欠いて遊星ベアリングを示す部分断面図である。
【図１４】図１４は、ボルトまたは基体の外側領域にリング形状の変位空間を有する実施形態の圧入ボルトを示す断面図である。
【図１５】図１５は、ボルトまたは基体の外側領域にリング形状の変位空間を有する他の実施形態の圧入ボルトを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
変位媒体の適合可能な膨張係数の要求を満たすために、本発明によれば、異なる膨張係数を有する材料で充填された複数の変位空間を設けることも可能であり、全体的に作用する膨張係数は、上記の条件を満たさなければならない、すなわち基体またはボルトの材料の膨張係数と１０％以下異なるものでなければならない。また、本発明は、基体(8)が変位媒体(6)を有する第１の変位空間(22)と、変位媒体(6a)を有する少なくとも１つの第２の変位空間(23)とを備える対応する加工物に関し、第１の変位媒体は、第２の変位媒体とは異なる膨張係数を有するが、特に基体(8)よりも高い膨張係数を有し、第２の変位媒体は基体よりも低い膨張係数を有する。この場合に、より低い膨張係数を有する変位媒体が＜11.0×10-6/Kの値、好ましくは＜2.0×10-6/Kの値を有するときに最良の結果が達成されることが判明した。
【００２５】
本発明の特定の実施形態では、基体は、基体(8)の周縁に沿って内部に配置されたリング形状デザインを有する第１の変位空間(22)と、第２の変位空間(23)の周囲に第１のリング状変位空間(22)が配置された同心円状に位置する中空円筒状の第２の変位空間(23)と、を備えている。しかしながら、前記基体には、円筒状基体に半径方向に配置された中空シリンダの第１の外側リングと、中空シリンダまたは単一の同心中空円筒の第２の内側リングとが設けられることも考えられる。所望の結果を達成するために、変位媒体の対応する選択によって、弾性率の係数および膨張係数のより大きなフレキシビリティを達成することができる。
【００２６】
複数の変位空間を使用する場合に、圧力ラムとして機能する複数の圧力ラムまたは装置を採用することもでき、圧力分布、ひいてはボルト/基体の均一な膨張に良い影響を与えることができる。
【００２７】
本発明によれば、穴/空洞/変位空間の幾何学的形状も、それらを囲む基体またはボルトに関連してある種の要求がなされる。
【００２８】
したがって、圧入ボルトまたは基体自体よりも特に短いコンポーネントの長手軸に沿った、加工物または圧入ボルトの内部の穴は、長さ(l2)が、ボルト又は基体と接続すべき周囲コンポーネントの共通面に対応する長さ(l1)よりも短い。このようにしてのみ、接続面上の均一な圧力分布を達成することができる。前記長さ比が以下の範囲にある場合、最適な結果：l2 = 0.75 l1〜1.25 l1が得られる。理想的には、長さl2は長さl1より約１３〜１５％ほど長い。さらに、穴の出口を張力に最適な方法で設計することが有利である。
【００２９】
加工物が１つのみの穴を有する場合、これは好ましくは同心円状に配置される。しかしながら、加工物は、すでに述べたように、圧力ラムおよび張力/圧力装置を備えた複数の穴を有していてもよい。この場合に、穴は、半径方向に、好ましくは均一に、または円筒状の加工物の周囲に沿って等しく作用するように分布される。
【００３０】
本発明による加工物のさらに重要な幾何学的要件は、圧力ラムおよび変位媒体によって伝達された圧力が接触面(9)に適切に伝達され、対応する外面が可逆的に拡張されることである。このようにして、周囲の部品の対応する表面への確実な摩擦張力に基づく接続を達成することができる。
【００３１】
これを確実にするために、本発明では、好ましくは円筒状の穴の直径(d1)と、円筒状の基体の外面からの穴の距離(13)とは、互いに一定の比にあることが必要である。ここで、穴の距離と直径との比(13)/(d1) が０．０５〜３の範囲、好ましくは０．１２５〜１．５の範囲にある場合に、所定の力で圧縮された特定の変位媒体の可逆的膨張が最適となることが判明した。
【００３２】
本発明は、対応する加工物または対応するボルトなどに関して、変位空間(22)(23)の直径(d1)に対する接触面(9)と変位空間(22)(23)の外面との間の離間距離(13)の比が０．０５〜３の範囲、好ましくは０．１２５〜１．５の範囲である。
【００３３】
さらなる幾何学的要件は、変位媒体を変位させることを意図する圧力ラムの直径(d2)が、最適な結果を達成するために変位空間の直径(d1)に対して一定の比の範囲内にあることである。
【００３４】
また、本発明は、圧力ラム(4)の直径(d2)に対する変位空間(22)(23)の直径（d1）の比が１．０１〜５．０の範囲、好ましくは２〜３．５の範囲にある対応する加工物または対応するボルトなどにも関する。
【００３５】
基体(8)は高圧に耐えなければならないが、原則として非弾性でないものでなければならない。従って、それは70,000 〜 300,000 N/mm2 の範囲内の弾性率を有する材料からなるべきである。それは、好ましくは、鋼または合金鋼または180,000 〜 220,000 N/mm2 の弾性率を有する鋼または合金鋼を含む材料からなる。
【００３６】
記載された空洞／変位空間に使用される変位媒体(6)(6a)は、最初に定義されたように、基体材料の弾性率の最大２０％までの弾性率を全体で有する一方で、同時に基体の膨張係数と１０％以下しか異ならない非常に類似した膨張係数をも有していなければならない。
【００３７】
これは、表１から明らかなように、単一の材料コンポーネントによってはほとんど達成することができない。
【表１】
2018511758.tif 000003
【００３８】
また、本発明は、それぞれ異なる弾性率および/または膨張係数を有する少なくとも２つのコンポーネントの混合物からなる変位媒体(6)(6a)に対応する加工物に関し、これらはそれぞれ、弾性率および総膨張係数が上記および請求項に示された値または範囲をとるように選択されるものである。
【００３９】
好ましい実施形態では、変位媒体(6)(6a)は二成分または三成分の混合物である。あるいは、対応する２つまたは３つの変位空間(22)(23)に異なる弾性率および/または熱膨張係数を有する２つまたは３つの異なる変位媒体を用いることが可能である。
【００４０】
少なくとも１つの変位媒体または少なくとも１つの変位媒体のコンポーネントが、黒鉛、石英、ガラス繊維、鉄/ニッケル合金、鉄/ニッケル合金、プラスチック、プラスチック混合物またはエラストマーおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される材料である場合に、とくに良好な結果が達成されることが見出されている。
【００４１】
さらに、少なくとも１つの第１の変位媒体またはその少なくとも１つのコンポーネントが黒鉛、石英、ガラス繊維または鉄/ニッケル合金を含み、第１の変位媒体または第２の変位媒体の第２のコンポーネントがプラスチック、プラスチック混合物またはエラストマーからなり、基体(8)が基本的に70,000〜300,000 N//mm2 の弾性率を有する材料からなる場合に、特に良好な結果を達成できることが判明した。この点において好ましい実施形態では、基体は、基本的に180,000〜220,000 N//mm2 の弾性率および10〜20×10-6/Kの膨張係数を有する鋼または鋼合金からなる。
【００４２】
さらなる実施形態では、変位媒体は２成分混合物であり、２つの成分コンポーネントは以下の群のうちから選択される。
【００４３】
(i) ポリエステル、PVCまたはエラストマー、および石英またはガラス繊維
(ii) ポリエステル、PVCまたはエラストマー、および鉄/ニッケル合金
(iii) ポリエステル、PVCまたはエラストマー、および黒鉛
(iv) エポキシ樹脂および黒鉛
(v) グリコール類または油脂類、および黒鉛
また、２つのコンポーネントは、概説したように、別々の移動空間のなかに収容することもできる。
【００４４】
とくに有利な変位媒体は、黒鉛または石英または鉄/ニッケル合金の６０〜９８％、好ましくは７５〜９０％の範囲の黒鉛および/または石英を含むものであることが分かった。
【００４５】
本発明の加工物は、とりわけ以下のものを意図している。
【００４６】
(i)中程度から大きな力を受ける装置および設備における機械部品の安全な設置および非破壊的な取り外し
(ii)シャフト/ハブ接続の作製
(iii)風力タービンへの設置
また、本発明は、大きな力を受ける風力タービンまたは他の産業機械または設備にも関する。
【００４７】
本発明は、以下により詳細に記載される。
【００４８】
図１から図９までに、本発明による典型的なボルトの断面を示す。
【００４９】
例えば、直径比（穴径に対する外径の比）が約１．２５〜４の穴がボルトに導入される。ボルトの外径が１００ｍｍの場合、これに対応する穴は２５ｍｍから８０ｍｍの範囲が相当する。この穴に媒体（液圧変位材要素６）を導入する。この媒体は、ボルト内に高い圧力が発生する程度に圧力ラムアイテム４によって圧縮される。圧力ラム４の直径は、圧力ラムの選択された直径(d2)が小さくなるにつれて、液圧変位材料が導入された直径(d1)よりも理想的に小さい（直径比２．５〜３．７５）圧力ラムが媒体内に押し込まれるのと同じ力のために、ボルトの内部で生じる圧力が高くなる。しかしながら、直径比１〜５の穴がまったくあり得ることである。穴の直径が６０ｍｍの場合、これは１２〜６０ｍｍの圧力ラムの直径に相当する。小径の加圧ラムを使用する場合、大きな圧力比が生じるので、圧力ラムは1000 N/mm2 を超える固体材料から構成される必要がある。
【００５０】
０．２５％までの外径のサイズ変化は、条件によって変動する。これは、初期直径が１００ｍｍの場合に、膨張後において１００．２５ｍｍの外径が確立されることを意味する。この膨張は、ここでは浸漬距離を介して事前に制御することができる。達成可能な膨張の大きさのオーダーは圧入のために十分である。
【００５１】
図面には様々な可能性を示している。例えば、図１〜図５および図８の圧力ラムアイテム４のように先端部を有するように設計される一方で、図６に示すように先端が尖っていない鈍いラムが用いられる。鈍いラムは、ラムが引き抜かれた後の拡張の回復が部分的なものに過ぎないという欠点がある。したがって、圧力ラムに先端部または丸みのある先端部を設けること、または下端部を円錐状に先細りさせることが有利である。また、図６と同様に、ラムを引き抜いた場合よりも鈍いラムを使用した場合よりも、変位媒体(6)がより大きく押し戻される。
【００５２】
圧力ラム(4)は、複数の比較的小さいねじによって圧力板要素１を介してか、または図４に示すより大きな直径の単一のねじによって加圧される。
【００５３】
図７および図８に、より大きな穴の直径を有する変形例を示す。この変形例では、ねじ穴は、ボルトには収容されず、その代わりに予負荷スリーブ１６に収容される。予負荷スリーブはボルトと一緒にねじ止めされる。穴出口は、膨張の結果として生じる応力が最小限に低減されるように設計される。
【００５４】
さらに別の可能性として、図９に示すように、ラウンドブロックシリンダ１９を介して圧力ラム４を媒体のなかに液圧式に押し込むことができ、固定板アイテム１７を有する複数の小さなねじによって圧力ラム４を外に押し出さないように固定することができる。丸いブロックシリンダ１９は、複数の雄ねじ２０を介して予負荷スリーブアイテム１６に固定されている。この変形例の利点は、設置作業が単純化され、時間が短縮されることである。
【００５５】
圧力ラム(4)がそれ自体では媒体(6)から出てこない場合に、圧力ラムアイテム(3)への固定が提供され、これにより拡張を逆転させることができるようにラムを媒体から引き出すことができる。
【００５６】
この媒体は、理想的には鋼よりもはるかに低い弾性率を有する材料である。残念なことに、そのような材料は、一般に、鋼よりもはるかに高い熱膨張係数を有している。これは、圧入が異なる膨張によって破壊される結果となるため、コンポーネントの特に低い温度の場合には適合が失敗する。より大きな熱膨張係数のために、媒体はボルト自体よりも大きく収縮し、この挙動により穴の内部の圧力が低下してしまい、膨張が弱まり、圧入が失敗する。
【００５７】
可能な限り低い熱膨張を有する流動性材料、例えばポリエステルまたはＰＶＣが適している。
【００５８】
このような材料は、50〜80×10-6/K（ゴムは、例えば約200×10-6/Kの膨張係数を有する）の膨張係数を有する。比較のために、鋼は11〜13×10-6/Kの範囲内の膨張係数を有している。従って、このような材料は、温度変化がある場合において接合を保証するためには依然として不適切である。
【００５９】
本発明による解決策は、特に低い熱膨張係数を有する第２の材料を用い、これを適切な比率で流動性材料と混合することにある。
【００６０】
一例として約0.5×10-6/Kの膨張係数を有する石英粉がある。この石英粉を適切な比率でポリエステルのなかに撹拌すると、ポリエステル/ガラス混合物の熱膨張係数を鋼のそれの値に補正することができる。
【００６１】
さらに、特に低い熱膨張を有する材料で追加の空洞をさらに充填することが可能である。この目的のために、同様に、石英、および熱膨張係数が非常に小さい任意の材料を使用することも可能である。
【００６２】
さらに、鉄の６４％およびニッケルの３６％または類似の材料からなるインバー（登録商標）を使用することも可能である。これはほぼゼロの膨張係数を有する材料である。インバーダストまたは粉末をより高い膨張係数を有する媒体に混合し、周囲の鋼の膨張係数を達成することも可能である。
【００６３】
本発明によれば、エラストマー/黒鉛混合物は非常に好適な材料の組み合わせであることが判明している。黒鉛は、インバー（登録商標）またはガラスと同様に熱膨張係数が非常に低い（ 2×10-6/K ）ので、インバーまたはガラスのように特に高い熱膨張係数を有する流動性材料との混合に適している。
【００６４】
黒鉛とガラスやインバーの大きな利点は、非常に優れた自己潤滑性である。この挙動は、摩擦力の顕著な減少をもたらす。さらに、黒鉛は、混合されていない圧縮状態であっても、液圧変位材料に適しているということが判明している。黒鉛が流動性材料の混入なしであっても液圧変位材料に適しているという事実は、黒鉛材料の更なる利点を明らかにしている。よって、この材料の場合、黒鉛の熱膨張係数を増加させるために黒鉛と適切な比率で混合された材料が必要とされる。これとは対照的に、上記の他の材料の組み合わせの場合には、膨張係数を減少させるために、低い熱膨張係数を有する材料が必要とされる。したがって、例えば、ゴムまたは合成エラストマーを黒鉛と混合することができる。
【００６５】
しかしながら、ゴム以外の他の材料として、100〜230×10-6/K の範囲の熱膨張係数を有する他のエラストマーも適している。
【００６６】
黒鉛に加えて、可能な材料はすべて、低い膨張係数および高い摺動特性または潤滑特性を有する材料であることが実験によって示されている。また、黒鉛とエポキシ樹脂とを適当な比率で調合することも可能である。
【００６７】
黒鉛の熱膨張係数を鋼の値に補正するさらなる可能性は、油圧オイルまたはグリコール、パラフィン（パラフィン油）、石油、テレピン油またはシリコーン油などの液体および油の添加である。
【００６８】
設置および非破壊的脱着および小さな建設スペースに関する簡単な取り扱いのために、軸方向の力及びねじりモーメントを伝達することができる本明細書に提示された本発明は、機械工学における事実上すべての軸／ハブ接続に使用することができる。
【００６９】
図１〜図９は、管理可能な直径を有するボルトを拡張する要素を示す。さらなる方法は、図１０および図１１に記載されている。この方法では、図５の周辺に複数のクランプユニット１１が配置されており、これにより軸の半径方向の拡張が行われ、ボルト８のハブ７への固定も容易になる。この場合に、要素の領域よりも要素の領域において大きい波状の外径が軸上に生じる。このうねりは、ハブ(7)の抵抗によって減少する。
【００７０】
図１２と図１３に、要素の用途のさらなる領域を示す。
【００７１】
図１２に、個々の要素が１つの軸当たり１つの締め付けユニットによって周縁に何回も配置されているクラッチを示す。同図において、内側ボルトは、周縁部の複数の要素によってハブ(7)に固定されている。
【００７２】
図１３は、例えば欧州特許EP13004936.4に記載されているように、遊星キャリア/遊星ベアリングにおける使用の用途を示す。上述した要素によるボルトの固定は、遊星キャリア全体がこの設計により分解可能になるので、前記用途に記載されたローラー軸受およびエラストマー軸受をより簡単に交換することができ、非常に大きな利点である。今日までの従来技術によれば、このタイプのボルトは、冷たい/暖かいプレス接続部を備えて設置され、したがって一旦接続した接続部はもはや非破壊的に緩めることができない。
【００７３】
図１４と図１５に、ボルトまたは基体（8）の外側領域にリング状の変位空間（22）を有する本発明の圧入ボルトを示す。このリング状の変位空間は、完全にまたは部分的に変位媒体で満たされている。図１５は、図１または図２に代わるものであり、変位空間（22）が集中的に配置された中空シリンダを示している。図１４は、圧入ボルトを示しており、ここに第２の変位空間（23）が存在し、この第２の変位空間はここでは同心円状に配置された中空シリンダの形態である。この実施形態では、圧力ラム(4)は、好ましくは第１の変位空間のリング状開口部に設けられ、対応する幾何形状を備えている。逆に、中央の空洞は、圧力ラムのためのプレス空間として設けることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
1…圧力リング、2…引張ねじ、3…圧力ラムの固定、4…圧力ラム、
5…閉止（閉鎖）要素、6…第１の変位媒体（液圧変位材料）、6a…第２の変位媒体（液圧変位材料）、7…ハブ、8…基体（ボルト）、9…接触面、
10…周辺圧入ボルト用圧力リング、
11…一軸当りのクランプユニット、
12…番号の付いた軸クランプユニットの数、
13…低粘度媒体のシール、
14…圧力ねじ、15…予負荷距離、16…予負荷スリーブ、
17…固定板、18…固定ねじ、19…液圧シリンダ、
20…固定ねじ、21…取付補助、22…第１の変位空間、23…第２の変位空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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