УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА С ТРЕМЯ ПЕРЕМЫЧКАМИ
TORQUE LIMITING APPARATUS WITH THREE BRIDGES

Изобретение относится к устройству для ограничения крутящего момента согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Устройство подобного типа оснащено стопорным элементом для гайки или головки болта, причем стопорный элемент в его тыльной зоне имеет верхнюю часть с поводковым профилем для сопряжения верхней части с установочным инструментом без возможности поворота и в его передней зоне имеет приемную часть с приемным гнездом для размещения гайки, соответственно головки болта, без возможности поворота. Изобретение относится также к системе крепления, включающей указанное устройство и распорный анкер.
Из немецкого патента DE 102010043167 A1 известно устройство для ограничения крутящего момента указанного в начале описания типа. Устройство корончатого типа включает верхнюю часть и приемную часть с гайкой, причем между верхней частью и приемной частью с гайкой предусмотрено заданное место разрушения, разрушающееся при достижении предельного крутящего момента. Заданное место разрушения образовано шестью перемычками, упорядоченными между верхней частью и базирующей частью на равном расстоянии друг от друга.
Подобные корончатыe устройства для ограничения крутящего момента описаны в международной заявке PCT/EP2016/072232, FR 2598855 A1 и US 4215600 A. Согласно US 4215600 А внутри предназначенной для гайки приемной части могут быть предусмотрены выполненные монолитно с приемной частью зажимные выступы, которые действуют по направлению к гайке сбоку.
Из DE 102011106696 A1 известен болт с составной головкой, который снабжен наружной гильзой с возможностью ее поворота вокруг внутренней части головки.
В EP 1353080 B1 описан ограничивающий крутящий момент элемент для распорного анкера.
В основу настоящего изобретения была положена задача предложить устройство для ограничения крутящего момента, которое при незначительных затратах на его изготовление, в частности, при невысоких производственных издержках, характеризуется особенно высокой точностью разрушения и надежностью, а также систему крепления, представляющую собой комбинацию подобного устройства с распорным анкером.
Указанная задача согласно изобретению решается с помощью устройства для ограничения крутящего момента, отличительные признаки которого представлены в пункте 1 формулы изобретения, и системы крепления, отличительные признаки которой представлены в пункте 7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты конструктивного исполнения устройства приведены в соответствующих зависимых пунктах.
Предлагаемое в изобретении устройство для ограничения крутящего момента отличается тем, что стопорный элемент содержит три, в частности, точно три передающие крутящий момент перемычки, которые соединяют приемную часть и верхнюю часть, а также образуют заданное место разрушения, в частности, заданное место разрушения с ограничением крутящего момента.
В отличие от устройств уровня техники с заданным местом разрушения, образуемым шестью передающими крутящий момент перемычками или кольцеобразным элементом, заданное место разрушения согласно настоящему изобретению образовано точно тремя передающими крутящий момент перемычками, которые соединяют приемную часть и верхнюю часть. Согласно изобретению неожиданно было обнаружено, что благодаря подобной конструкции может быть достигнут особенно незначительный разброс значений вызывающего разрушение крутящего момента, а, следовательно, может быть обеспечена особенно высокая точность разрушения и вместе с тем особенно высокая эксплуатационная надежность устройства. Дело в том, что в отличие от конструктивного исполнения с шестью или более передающими крутящий момент перемычками предлагаемая в изобретении конструкция включает три передающие крутящий момент перемычки с относительно большими поперечными сечениями. Большие поперечные сечения перемычек, в свою очередь, часто допускают возможность особенно эффективного технологического контроля, что прежде всего относится к мелким стопорным элементам и/или, в частности, к случаю если стопорный элемент является литой деталью, а, следовательно, точность разрушения достаточно велика даже при повышенных производственных допусках. Вместе с тем трех передающих крутящий момент перемычек вполне достаточно для реализации эффективной передачи мощности без тенденции к опрокидыванию, что эффективно противодействует нежелательному нагружению, а, следовательно, возможному ослаблению передающих крутящий момент перемычек с возможными негативными последствиями для точности разрушения. Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит знание того обстоятельства, что в случае системы, оснащенной тремя передающими крутящий момент перемычками, влияние производственных допусков сравнительно невелико и в то же время возможна особенно эфективная передача мощности. Согласно изобретению предлагается основанное на этом знании устройство для ограничения крутящего момента, которое при небольших производственных издержках позволяет достичь особенно высокой точности разрушения и надежности.
Гайка, например, может гайкой, соответствующей стандарту DIN. В предпочтительном варианте гайка имеет сквозное отверстие, предпочтительно снабженное внутренней резьбой, которую можно навинчивать, в частности, на резьбовой стержень. Резьбовым стержнем предпочтительно может являться болт распорного анкера. Таким образом, гайка прежде всего может являться резьбовой гайкой. Вместо гайки в предлагаемом в изобретении устройстве можно использовать также головку болта, которая соединена со стержнем болта, в частности, без возможности поворота. Гайку, соответственно головку болта можно считать частью устройство для ограничения крутящего момента или отдельной частью.
Поводковый профиль предназначен для присоединения выходного элемента установочного инструмента к верхней части без возможности поворота, реализуемого, в частности, с целью передачи крутящего момента от установочного инструмента к верхней части, прежде всего для передачи крутящего момента, ориентированного в осевом направлении. Поводковый профиль может являться, например, многогранным наружным профилем, в частности, шестигранным наружным профилем, расположенным по окружности на верхней части. Установочным инструментом может являться, например, гаечный ключ или ручная машина.
Приемное гнездо с передней стороны предпочтительно по меньшей мере частично открыто, в частности, для того, чтобы гайка была доступна с ее передней стороны и резьбовой стержень можно было ввернуть спереди в гайку, соответственно стержень болта можно было вынуть из стопорного элемента. По меньшей мере частично открытое спереди конструктивное исполнение приемного гнезда позволяет также при изготовлении стопорного элемента вводить гайку, соответственно головку болта в приемное гнездо с передней стороны. Верхняя часть предпочтительно может иметь сквозное отверстие для резьбового стержня, которое выходит к приемному гнезду для гайки и открыто с обратной стороны. В соответствии с этим ввинченный в гайку резьбовой стержень можно вновь извлечь из гайки и стопорного элемента, то есть резьбовой стержень может проходить сквозь стопорный элемент.
Приемным гнездом, в частности, может являться выполненная в стопорном элементе выемка, в которую помещена гайка, соответственно головка болта. Приемное гнездо предпочтительно ограничено в окружном направлении приемной частью и/или с обратной стороны верхней частью. Приемная часть предпочтительно образует гильзу, которая окружает приемное гнездо. Гайка, соответственно головка болта, размещена в приемном гнезде без возможности поворота, в частности, без возможности совместного поворота с приемной частью, а, следовательно, между приемной частью и размещенный в приемном гнезде гайкой, соответственно размещенной в приемном гнезде головкой болта, существует соединение, предпочтительно соединение с геометрическим замыканием, что делает возможным передачу крутящего момента, в частности, аксиально направленного крутящего момента, между базирующей частью, с одной стороны, и гайкой, соответственно головкой болта, с другой стороны. Для реализуемого без возможности поворота соединения приемной части, с одной стороны, и гайки, соответственно головки болта, с другой стороны, приемное гнездо предпочтительно может иметь другой поводковый профиль, например, многогранный внутренний профиль, в частности, шестигранный внутренний профиль, который соответствует наружному профилю гайки, соответственно головки болта.
Предлагаемое в изобретении устройство, в частности, обладает такой конструкцией, чтобы при предельном крутящем моменте происходило преимущественное разрушение передающих крутящий момент перемычек с одновременным нарушением соединения между верхней частью и приемной частью. При этом определение «преимущественное» прежде всего означает, что передающие крутящий момент перемычки разрушаются при меньшем крутящем моменте, чем верхняя часть и приемная часть. Таким образом, передающие крутящий момент перемычки образуют заданное место разрушения с ограничением крутящего момента, в частности, аксиально направленного крутящего момента. Следовательно, передающие крутящий момент перемычки являются наиболее слабыми звеньями передающей крутящий момент силовой цепи, которые разрушается в первую очередь. В связи с возможными технологическими отклонениями между верхней частью и приемной частью могут находиться также другие подобные перемычкам структуры, например, наплывы, однако они не имеют существенного значения для передачи крутящего момента, а, следовательно, не считаются передающими крутящий момент перемычками.
В случае если в настоящем описании речь идет об аксиальном направлении, радиальном направление и/или окружном направлении, указанные направления относятся, в частности, к той оси, которая прежде всего может являться продольной осью и/или осью симметрии устройства. Используемые в настоящем описании обозначения направлений «переднее», «заднее», «с передней стороны», «с обратной стороны» и так далее требуют единообразного применения.
В особенно предпочтительном варианте три передающие крутящий момент перемычки расположены, в частности, вокруг продольной оси устройства на равном расстоянии друг от друга. В соответствии с этим соседние передающие крутящий момент перемычки расположены с одинаковым угловым смещением относительно друг друга. Стопорный элемент, по меньшей мере его передающие крутящий момент перемычки, расположен(-ы) вокруг продольной оси предпочтительно вращательно-симметрично. Благодаря подобному конструктивному исполнению оказывается возможной особенно эффективная передача мощности и удается избежать возникновения нежелательных опрокидывающих моментов, которые могли бы негативно повлиять на точность разрушения.
Гайка, соответственно головка болта, может обладать, в частности, шестигранным наружным профилем, что может быть предпочтительным в отношении доступности и производственных издержек. Таким образом, гайка может представлять собой, в частности, шестигранную гайку.
В соответствии с этим в предпочтительном варианте приемное гнездо имеет шесть плоскостей под ключ и, в частности, обладает шестигранным внутренним профилем. Эти плоскости под ключ могут соответствовать шести плоскостям под ключ гайки, соответственно головки болта. Отдельные плоскости под ключ приемного гнезда, например, с целью закрепления гайки, соответственно головки болта, могут быть снабжены также выступами или выемками.
В особенно предпочтительном варианте три передающие крутящий момент перемычки расположены со смещением к трем из шести плоскостей под ключ приемного гнезда, в частности, со смещением в окружном направлении. В соответствии с этим передающие крутящий момент перемычки расположены в виде аксиального продолжения точно трех из шести плоскостей под ключ, причем три передающие крутящий момент перемычки, в частности, не перекрывают грани шестигранного внутреннего профиля приемного гнезда. Благодаря этому оказывается возможным особенно эффективное отсоединение передающих крутящий момент перемычек от механизма приема гайки, соответственно головки болта, а также конструктивно особенно простое предотвращение нежелательного концентрирования напряжений, причем оба указанных фактора, в свою очередь, могут дополнительно повысить точность разрушения.
В предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что стопорный элемент имеет по меньшей мере один зажимной выступ, расположенный на зажимной плоскости под ключ приемного гнезда и выступающий внутрь него, который предназначен для фиксирования, в частности, зажимания гайки, соответственно головки болта, в приемном гнезде. Это позволяет легко и надежно противодействовать нежелательному выскальзыванию гайки, соответственно головки болта, из приемного гнезда. В частности, зажимной выступ может прижимать гайку, соответственно головку болта, к противоположной плоскости под ключ и при этом аксиально фиксировать гайку, соответственно головку болта, с силовым и/или геометрическим замыканием. Ту плоскость под ключ приемного гнезда, на которой расположен зажимной выступ, в данном случае называют зажимной плоскостью под ключ. В особенно предпочтительном варианте три передающие крутящий момент перемычки расположены со смещением к по меньшей мере одной зажимной плоскости под ключ, снабженной зажимным выступом, в частности, со смещением в окружном направлении. Благодаря этому можно особенно просто и вместе с тем эффективно устранять напряжения, создаваемые зажимным выступом в передающих крутящий момент перемычках, что, в свою очередь, может благоприятно отражаться на точности разрушения. Зажимной выступ предпочтительно образован на приемной части посредством бомбировки. Для облегчения монтажа зажимной выступ может иметь входной скос для гайки, соответственно головки болта.
Для особенно надежного блокирования и вместе с тем для более высокой точности разрушения стопорный элемент предпочтительно имеет по меньшей мере три зажимные выступы, предназначенные для фиксирования гайки, соответственно головки болта, в приемном гнезде и расположенные, соответственно, на разных зажимных плоскостях под ключ приемного гнезда, причем три передающие крутящий момент перемычки расположены со смещением к этим трем снабженным зажимными выступами зажимным плоскостям под ключ, в частности, со смещением в окружном направлении.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения поводковый профиль верхней части имеет плоскости под ключ для верхней части, расположенные параллельно плоскостям под ключ приемного гнезда. Предпочтительно все плоскости под ключ для верхней части располагаются параллельно соответствующим плоскостям под ключ приемного гнезда. Это позволяет дополнительно освободить передающие крутящий момент перемычки от воздействия нежелательных нагрузок, что может иметь благоприятные последствия для точности разрушения. В частности, поводковый профиль может являться шестигранным профилем, который находится в угловом положении вокруг продольной оси устройства, аналогичном угловому положению шестигранного профиля приемного гнезда. В соответствии с этим верхняя часть предпочтительно имеет шесть плоскостей под ключ для верхней части.
Устройство для ограничения крутящего момента предпочтительно выполнено из литьевого материала, в частности, из обрабатываемого литьем под давлением цинкового материала, что допускает возможность использования особенно простой, оптимальной и точной технологии. В предпочтительном варианте выбирают обрабатываемый литьем под давлением цинковый материал, который перед его разрушением подвержен лишь незначительной пластической деформации, что также может иметь благоприятное значение для точности разрушения.
Изобретение относится также к системе крепления, состоящей из распорного анкера и предлагаемого в изобретении устройства для ограничения крутящего момента, причем в приемном гнезде размещена гайка или головка распорного анкера в виде болта. При этом под распорным анкером, в частности, имеется в виду известный специалистам анкер, снабженный распорным элементом (например, распорной втулкой), который для закрепления смещается в радиальном направлении наружу при растяжении резьбового стержня.
Отличительные признаки предлагаемого в изобретении устройства для ограничения крутящего момента относятся также к предлагаемой в изобретении системе крепления и, наоборот, отличительные признаки предлагаемой в изобретении системы крепления относятся также к предлагаемому в изобретении устройству для ограничения крутящего момента.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления, схематически представленных на прилагаемых к описанию чертежах, причем в соответствии с изобретением отдельныe отличительные признаки в принципе могут быть реализованы по отдельности или в любой комбинации. На чертежах схематически показано:
на фиг. 1 аксонометрическое представление варианта исполнения предлагаемого в изобретении устройства для ограничения крутящего момента при виде с передней стороны устройства (устройство в качестве примера включает гайку),
на фиг. 2 аксонометрическое представление показанного на фиг. 1 устройства при виде с обратной стороны устройства,
на фиг. 3 продольное сечение показанного на фиг. 1 и 2 устройства для ограничения крутящего момента,
на фиг. 4 вид снизу показанного на фиг. 1-3 стопорного элемента устройства для ограничения крутящего момента без гайки,
на фиг. 5 система крепления, состоящая из показанного на фиг. 1-4 устройства для ограничения крутящего момента и распорного анкера – вид в аксонометрии при виде с обратной стороны устройства для ограничения крутящего момента, и
на фиг. 6 показанная на фиг. 5 система крепления после отрыва верхней части при достижении предельного крутящего момента.
На чертежах показан пример конструктивного исполнения предлагаемого в изобретении устройства для ограничения крутящего момента. Устройство, во-первых, включает гайку 30 с внутренней резьбой 32 и, во-вторых, корончатый стопорный элемент 1, в котором удерживается гайка 30. Гайка 30 показана лишь в качестве примера и вместо нее, в частности, может быть предусмотрена головка болта.
Стопорный элемент 1 в его тыльной зоне имеет верхнюю часть 10 и в его передней зоне приемную часть 60, расположенную перед верхней частью 10, а также три передающие крутящий момент перемычки 40. Передающие крутящий момент перемычки 40 соединяют верхнюю часть 10 и приемную часть 60, образуя заданное место разрушения с ограничением крутящего момента между верхней частью 10 и гайкой 30. Передающие крутящий момент перемычки 40 отходят от верхней части 10 и простираются в радиальном направлении наружу к приемной части 60, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр верхней части 10. В промежутке между соседними передающими крутящий момент перемычками 40 верхняя часть 10 и приемная часть 60 находятся на расстоянии друг от друга. В промежутке между двумя соседними передающими крутящий момент перемычками 40 верхняя часть 10 и приемная часть 60 образуют между собой соответствующее щелеподобное сквозное отверстие, которое ведет извне в приемное гнездо 61. Передающие крутящий момент перемычки 40 расположены вокруг продольной оси 99 устройства на равном расстоянии друг от друга, причем устройство предпочтительно характеризуется вращательной симметрией относительно продольной оси 99.
В приемной части 60 выполнено приемное гнездо 61, в котором установлена гайка 30. Для реализуемой с геометрическим замыканием передачи крутящего момента от приемной части 60 к гайке 30 приемное гнездо 61, как, в частности, показано на фиг. 4, имеет шесть плоскостей под ключ 66, которые образуют шестигранный внутренний профиль и соответствуют шестигранному наружному профилю гайки 30. Три из этих шести плоскостей под ключ 66 выполнены в виде зажимных плоскостей под ключ 67. Каждая из зажимных плоскостей под ключ 67 имеет соответствующий зажимной выступ 68, который выступает на приемной части 60 в радиальном направлении внутрь приемного гнезда 61. Три зажимных выступа 68 в совокупности блокируют гайку 30, предотвращая ее выпадение из приемного гнезда 61 с передней стороны.
Кроме того, как показано на фиг. 4, каждая из трех передающих крутящий момент перемычек 40 расположена в виде аксиального продолжения точно одной из трех плоскостей под ключ 66, то есть три остальные плоскости под ключ 66 смещены в окружном направлении к передающим крутящий момент перемычкам. Таким образом, каждая передающая крутящий момент перемычка 40 соответствует точно одной плоскости под ключ 66, а, следовательно, продление граней шестигранного внутреннего профиля приемного гнезда 61 всегда свободно от перемычек. Смещение передающих крутящий момент перемычек 40 в окружном направлении к граням шестигранного внутреннего профиля может обусловливать особенно эффективное высвобождение напряжений этих элементов.
Кроме того, как показано на фиг. 4, плоскости под ключ 66, которым соответствуют передающие крутящий момент перемычки 40, в предпочтительном варианте не являются зажимными плоскостями под ключ 67, то есть три передающие крутящий момент перемычки 40 смещены в окружном направлении вокруг продольной оси 99 к трем зажимным плоскостям под ключ 67 и/или к трем зажимным выступам 68. Благодаря этому может быть обеспечено особенно эффективное высвобождение напряжений в передающих крутящий момент перемычках 40, возникающих на зажимных выступах 68 при реализации процесса закрепления.
Верхняя часть 10 имеет поводковый профиль 12, который выполнен, например, в виде шестигранного наружного профиля с шестью плоскостями под ключ для верхней части 18 и посредством которого крутящий момент от не показанного на чертежах установочного инструмента можно передавать с геометрическим замыканием к верхней части 10. Приемная часть 60 и верхняя часть 10 расположены коаксиально и определяют общую продольную ось 99 устройства. Верхняя часть 10 имеет сквозное отверстие 15, расположенное на одной оси с приемным гнездом 61 приемной части 60, в связи с чем ввинченный в гайку 30 резьбовой стержень может выступать вдоль продольной оси 99 наружу с обратной стороны приемной части 60. Продольная ось 99 проходит через приемное гнездо 61 и выходящее в приемное гнездо 61 сквозное отверстие 15. Шесть плоскостей под ключ для верхней части 18 и плоскости под ключ 66 приемного гнезда 61, соответственно, проходят параллельно друг к другу, то есть шестигранный наружный профиль верхней части 10 и шестигранный внутренний профиль приемного гнезда 61 расположены под одинаковым углом поворота.
Как, в частности, показано на фиг. 3, верхняя часть 10 имеет аксиальный упор 51, который расположен на обратной задней стороне приемного гнезда 61 и образует тыльную опору для гайки 30. Аксиальный упор 51 ограничивает вращательное движение помещенной в приемное гнездо 61 гайки 30 относительно верхней части 10 в направлении назад. В данном случае аксиальный упор 51 в качестве примера образован кольцеобразным, предпочтительно сплошным кольцеобразным выступом, который в верхней части 10 выдвинут в приемное гнездо 61.
На фиг. 5 и 6 показана система крепления, состоящая из устройства для ограничения крутящего момента и распорного анкера 80. В случае подобных механических анкеров большое значение имеет возможность их монтажа с определенным предварительным натяжением посредством затягивания с определенным предельным крутящим моментом, например, для исключения растрескивания в основе при монтаже в краевой зоне. Распорный анкер 80 в качестве примера выполнен в виде так называемого гильзованного анкера. Он имеет резьбовой стержень 81, а также распорный элемент 89, который в данном случае выполнен в виде распорной втулки, окружающей резьбовой стержень 81. На резьбовом стержне 81, в частности, в его передней зоне, расположено распорное тело с предпочтительно конически скошенной поверхностью 88, которая сужается в направлении назад. Между скошенной поверхностью 88 резьбового стержня 81 и распорным элементом 89 возникает клиновой механизм, в соответствии с которым аксиальное движение узла, образующегося из резьбового стержня 81 и распорного тела со скошенной поверхностью 88, относительно распорного элемента 89, может быть преобразовано в радиальное движение распорного элемента 89, а, следовательно, анкер для отведения растягивающих нагрузок в резьбовом стержне 81 может быть прижат к стенкам сверленого отверстия.
В показанной на фиг. 5 и 6 системе крепления гайка 30 устройства для ограничения крутящего момента навинчена на резьбовой стержень 81 распорного анкера 80, причем резьбовой стержень 81 распорного анкера 80 проходит сквозь устройство для ограничения крутящего момента, то есть входит в это устройство с передней стороны и выходит из него с обратной стороны, и причем скошенная поверхность 88 распорного анкера 80 и распорный элемент 89 распорного анкера 80 расположены перед устройством для ограничения крутящего момента.
При монтаже распорный анкер 80 системы крепления пропускают через подкладную шайбу 9 и вставляют в сверленое отверстие. Затем посредством установочного инструмента на верхнюю часть 10 через поводковый профиль 12 реализуют воздействие крутящего момента. Этот крутящий момент через передающие крутящий момент перемычки 40 передается к приемной части 60 и, далее, от приемной части 60 к гайке 30. Вследствие этого в резьбовом стержне 81 распорного анкера 80 возникает растягивающее усилие, что, в свою очередь, обусловливает воздействие радиальной нагрузки на распорный элемент 89, а, следовательно, закрепление распорного анкера 80.
Как только прикладываемый к верхней части 10 крутящий момент достигает предварительно установленного предельного значения, передающие крутящий момент перемычки 40 срезаются, вследствие чего верхняя часть 10 отделяется от приемной части 60, и дальнейшая передача крутящего момента к приемной части 60 и гайке 30 прекращается. Таким образом, устройство для ограничения крутящего момента обладает действием ограничивающей крутящий момент срезной гайки. После срезания передающих крутящий момент перемычек 40 верхняя часть 10 отделяется от приемной части 60 и отпадает. Остающаяся при этом приемная часть 60 с гайкой 30 показана на фиг. 6.