СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, СО ВСЕСТОРОННИМ СИЛОВЫМ ЗАМЫКАНИЕМ
CONNECTION SYSTEM, AND CONNECTION METHOD, NAMELY WITH ALL-ROUND FORCE CLOSURE

Изобретение относится к соединительной системе с всесторонним силовым замыканием или способу соединения.
В частности, в тяжелом машиностроении требуются большие соединения, которые должны надежно затягиваться и также снова разъединяться. Специально для работающих на срез соединений применяются свинчивающиеся обеспечивающие геометрическое замыкание соединительные элементы. Эти соединительные элементы из-за их размеров с трудом затягиваются и разъединяются.
Вообще для обеспечивающих геометрическое замыкание соединительных элементов, которые стягивают друг с другом две подлежащие соединению составные части, свойственны повышенные затраты на изготовление. Отверстия в подлежащих соединению составных частях должны изготавливаться с очень высокой точностью и с высоким качеством поверхности. При монтажных работах подлежащие соединению составные части должны устанавливаться так, чтобы оси были на одной прямой, при этом у обеспечивающих геометрическое замыкание соединительных элементов часто может достигаться только с помощью повторной механической обработки отверстий по месту. Кроме того, для затягивания и разъединения винтов и гаек при больших соединительных элементах требуются неудобные в обращении и дорогие инструменты. Применение ударного гаечного ключа осуществляется без контроля и очень часто сопряжено с травмами. Применение переключателя крутящего момента обуславливает очень высокое трение и не дает точности. Применение гидравлических инструментов требует большой потребности в месте и обуславливает только небольшое использование материалов.
Другой недостаток обеспечивающих геометрическое замыкание соединительных элементов заключается в том, что их техническое обслуживание или текущий ремонт сопряжено с проблемами, так как нужны специальные инструменты и способы, чтобы их снова разъединить.
Часто соединительные элементы должны даже разрушаться, например, разделяться с целью их удаления, что большей частью возможно только с дорогостоящими и требующими времени импровизациями.
Общеизвестной является соединительная система в виде пригнанного или установочного болта для соединения, по меньшей мере, одной первой и одной второй подлежащих соединению друг с другом составных частей, причем в обеих составных частях образовано проходное отверстие, через которое проходит болт с одинаковым диаметром. При этом болт, фиксировано по месту, расположен в первой составной части и имеет резьбу на своем конце, противоположном первой составной части. С помощью гайки, которая навинчена на резьбу, обе составные части соосно соединены друг с другом.
Далее считается известным применение в качестве распорного болта конусной пары, которая для радиальной затяжки расположена на болте, походящем через две составные части.
Точно также считается известным в качестве разгрузочной втулки формирование шлица в имеющем форму втулки соединительном элементе, чтобы получить геометрическое замыкание независимо от допусков изготовления отверстия.
Далее общеизвестными являются нажимные гайки, которые могут устанавливаться на резьбе болта в определенном упорном положении, чтобы препятствовать вращению болта за пределами упорного положения.
Известен обеспечивающий геометрическое замыкание соединительный элемент в виде пригнанного или установочного штифта, который может передавать поперечные силы в разъеме. Осевые силы предварительного натяжения при этом невозможны.
В качестве шарнирного пальца известен обеспечивающий геометрическое замыкание и в зависимости от конструкции также обеспечивающий всестороннее силовое замыкание соединительный элемент, который шарнирно, т.е. с возможностью вращения вокруг оси шарнирного пальца, соединяет две составные части. Как радиальное, так и осевое силовое замыкание действуют только на одну из обеих составных частей, т.е. шарнирный палец неподвижно соединен с одной из обеих составных частей. Другая составная часть только с геометрическим замыканием соединена с шарнирным пальцем и поэтому может вращаться вокруг оси шарнира.
В качестве соединения вал-ступица известен обеспечивающий геометрическое замыкание крепежный элемент, который с помощью конусной пары точно также создает радиальное силовое замыкание. Правда, ход не может ни регулироваться, ни ограничиваться.
В документе ЕР 0633404 А1 описана соединительная система для соединения двух составных частей с оставлением расстояния между обеими подлежащими соединению составными частями. В первой составной части имеется отверстие, которое образовано для установки конусной пары с внутренним конусом и внешним конусом. С открытой стороны отверстия в отверстие извне вводится внутренний конус с расширяющимся во внутреннюю сторону диаметром. Внешний конус введен во внутренний конус. Внутренний конус имеет, как имеющий форму втулки компонент, проходное отверстие с внутренней резьбой, в которую ввинчен болт в форме винта с головкой в виде стяжного винта, причем винт пропущен через проходное отверстие второй составной части. Торцовой стороной, обращенной к первой составной части, вторая составная часть прилегает к наружной поверхности имеющего форму втулки внутреннего конуса, причем внутренний конус так далеко выступает из отверстия, что между обеими составными частями остается определенное расстояние. Благодаря затягиванию натяжного болта внутренний конус перемещается в направлении второй составной части и распирает при этом имеющий шлиц в продольном направлении наружный конус относительно стенки отверстия. Благодаря этому конусная пара прочно распирается в отверстии в первой составной части и вторая составная часть с помощью натяжной системы закрепляется на расстоянии от первой составной части. Эта система служит таким образом для позиционирования и фиксирования отстоящих друг от друга частей установки в пространстве с помощью распорного болта. При этом контактирующая часть удерживается по оси крепежным элементом исключительно благодаря трению. Таким образом, нет какого-либо болтового соединения, а есть только зажимное приспособление.
В документе ЕР 0984173 А2 раскрыта подобная описанной выше соединительная система с монтажным элементом для позиционирования и соединения, по меньшей мере, двух соединяемых друг с другом составных частей, причем монтажный элемент взаимодействует с соединительным элементом в виде стяжного болта, который проходит соосно детали конструкции в монтажных отверстиях и входит в монтажный элемент. Монтажный элемент со своим наружным диаметром таким образом согласован с соединяемыми частями конструкции, что монтажные отверстия проходят через все части конструкции за исключением первой подлежащей соединению первой составной части. Монтажный элемент состоит из одной задней втулки и одной передней втулки в виде внутреннего конуса соответственно наружного конуса, которые вдоль поверхности скольжения с осевым наклоном свободно входят друг в друга. Поверхность скольжения делает возможным осевое смещение обеих втулок друг к другу. Осевое перемещение обеих втулок благодаря затягиванию стяжного винта способствует расширению наружного размера монтажного элемента, так что он, по меньшей мере, во второй составной части распирается. Таким образом, нет болтового соединения, а есть только зажимное приспособление.
В документе US 4,978,264 А описаны две подлежащие соединению составные части, в частности металлические листы, причем для их соединения применяется затягивающая система. Она состоит из среднего зажимного элемента с конусно сужающимся и потом расширяющимся проходным отверстием, в которое вставлены с обеих сторон два крайних зажимных элемента. Они точно также имеют конические боковые поверхности, которые проходят параллельно конусно сужающимся соответственно конусно расширяющимся стенкам среднего зажимного элемента. Оба крайних зажимных элемента соответственно с обеих противоположных сторон вставлены в проходное отверстие среднего зажимного элемента. Стяжной винт при этом через первый из крайних зажимных элементов с болтом входит в винтовую резьбу второго из крайних зажимных элементов. При затягивании оба крайних зажимных элемента заклиниваются друг на друге, вследствие чего они отжимают средний зажимной элемент друг от друга. Средний зажимной элемент установлен в проходное отверстие одной из подлежащих соединению составных частей и благодаря затягиванию распирается по отношению стенки проходного отверстия в составной части. Другая из обеих подлежащих соединению составных частей может быть вставлена, соответственно, зажата между фланцем одного из крайних зажимных элементов и фланцем среднего зажимного элемента. Таким образом, нет какого-либо болтового соединения, а есть только зажимное устройство.
Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить соединительную систему или способ соединения с всесторонним силовым замыканием, причем силы предварительного натяжения на подлежащих затяжке друг с другом составных частей в осевом и радиальном направлении могут регулироваться независимо друг от друга.
Эта задача решается посредством способа соединения, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения, и соответственно посредством соединительной системы, охарактеризованной признаками пункта 5 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов.
В соответствии с этим, в частности, предлагается способ соединения, по меньшей мере, одной первой и одной второй подлежащих соединению друг с другом составных частей, в частности, с всесторонним силовым замыканием, при котором болт, отстоящий на расстоянии с фиксацией по месту от первой составной части, пропускают через проходное отверстие во второй составной части, при этом на резьбу болта, в частности резьбу, отстоящую, по меньшей мере, от первой составной части, навинчивают натяжную гайку для затяжки составных частей, перед навинчиванием натяжной гайки между прилегающими друг к другу составными частями и натяжной гайкой для радиального распора в или на болте в направлении первой составной части вручную и/или с определенным посадочным усилием устанавливают конический зажимный элемент, после установки зажимного элемента на зажимный элемент навинчивают нажимную гайку при оставлении расстояния до упора больше нуля до второй составной части и после этого натяжную гайку затягивают относительно конического зажимного элемента и/или относительно нажимной гайки.
Вместо болта с резьбой и с навинченной натяжной гайкой может также болт, выполненный в виде винта с головкой, т.е. в виде стяжного винта, резьбой болта привинчиваться или ввинчиваться в направлении первой составной части к первой или сзади первой составной части для затягивания составных частей. В этом случае перед ввинчиванием болта, выполненного в виде стяжного винта, между прилегающими друг к другу составными частями и головкой для радиального распора в или на болт в направлении первой составной части устанавливается конический зажимный элемент. На заключительном этапе потом головка стяжного винта затягивается по отношению конического зажимного элемента и/или по отношению нажимной гайки или по отношению одного или нескольких зажимных винтов.
В качестве другого предпочтительного варианта выполнения после установки зажимного элемента вместо нажимной гайки на зажимный элемент может навинчиваться, по меньшей мере, один зажимный винт в качестве зажимного элемента с оставлением расстояния до упора больше нуля по отношению второй составной части.
Эквивалентными головке стяжного винта являются также другие компоненты, отстоящие от болта или стяжного винта, которые в осевом направлении жестко соединены с концом болта со стороны головки или выступающим из второй составной части, и в радиальном направлении отстоят от болта или стяжного винта.
Под болтом, отстоящим с фиксацией по месту от первой составной части, подразумевается, что болт выступает из отверстия в первой составной части или пропускается через проходное отверстие первой составной части. Болт предпочтительно в своем осевом направлении установлен на первой составной части или может быть установлен с помощью ввинчивания.
Предварительное натяжение при этом означает, что система затягивается в состояние, прежде чем она собственно начнет работать, когда на систему будут при случае действовать другие силы или нагрузки. Всестороннее силовое замыкание предпочтительно достигается, так как может устанавливаться как радиальное, так и осевое силовое замыкание.
Благодаря такому способу действия или соответствующему расположению отдельных элементов осуществляется компенсация геометрических отклонений от заданной геометрии компонентов и элементов, обусловленных изготовлением. Таким образом, могут допускаться большие допуски изготовления.
Такой способ позволяет разделить осевое и радиальное движение при затяжке двух подлежащих затяжке составных частей с помощью болта соответственно расположенного над ним конического зажимного элемента в радиальном направлении относительно болта. Несмотря на это косвенным образом через заданную геометрию остается связь осевого и радиального движения, так как от положения нажимной гайки или зажимного винта зависимым остается однозначное отношение между конусностью поверхности конического зажимного элемента и ходом натяжной гайки или головки стяжного винта, если нажимная гайка или стяжной винт в начале процесса стягивания выдерживали расстояние до упора, предопределенного в зависимости от желаемой радиальной силы, относительно второй составной части или упора жестко приданного второй составной части.
Таким образом, с помощью простых средств и без специальных инструментов может осуществляться затягивание двух подлежащих затяжке составных частей с одновременно радиальной и осевой силами предварительного натяжения. При этом не желательна какая-либо подвижность, за что отвечает всестороннее силовое замыкание, так как силовое замыкание воздействует на обе составные части.
Предпочтительно натяжной гайкой или стяжным винтом зажимный элемент при уменьшении расстояния до упора до нуля натягивается при росте радиальной силы, образующейся между составными частями при таком нулевом положении. После этого натяжная гайка или стяжной винт натягивается дальше, действуя по отношению зажимного элемента и/или по отношению нажимной гайки, или действуя по отношению, по меньшей мере, одного зажимного винта после уменьшения расстояния до упора до нуля при росте образующейся между составными частями осевой силы. При этом, в частности, в первой фазе затяжки натяжной гайкой радиальная сила возрастает внутри отверстий между болтом и внутренней стенкой отверстий. Осевая сила в этой первой фазе увеличивается лишь незначительно. Потом во второй фазе затяжки в основном еще увеличивается осевая сила. Идеальным образом радиальная сила в этой фазе больше не возрастает или увеличивается относительно роста осевой силы только менее чем на 20%, в частности менее 10%. Несмотря на такое разделение, осевая сила и радиальная сила, обе однозначно, могут задаваться и обе, несмотря на это, могут регулироваться с помощью затягивания только одной единственной натяжной гайки или головки стяжного винта. Во время этих фаз составные части, касаясь друг друга, расположены непосредственно рядом друг с другом или находятся в промежуточном контакте с другими компонентами, причем и они в этом случае соответственно прилегают друг к другу.
Предпочтительно, что при этом оставляемое расстояние больше нуля до второй составной части регулируется в зависимости от угла наклона конуса зажимного элемента или в зависимости от радиальной силы, возникающей при нулевом положении. Дополнительно или в качестве альтернативы этому может предпочтительно регулироваться расстояние до упора с помощью количества витков резьбы, подлежащих повороту до нулевого положения, и/или угла вращения натяжной гайки или стяжного винта до нулевого положения.
Предпочтительно, кроме того, предлагается соединительная система для соединения друг с другом, по меньшей мере одной первой и одной второй, в частности, с всесторонним силовым замыканием подлежащих соединению друг с другом составных частей. При этом соединительная система имеет проходное отверстие во второй составной части, болт, который с фиксацией по месту в первой составной части, выходя из первой составной части, пропущен через проходное отверстие во второй составной части, и, на котором, по меньшей мере, на расстоянии от первой составной части или на конце болта, противоположном первой составной части, образована резьба, натяжную гайку, которая для затяжки составных частей навинчена на резьбу, и конусную пару, которая имеет внутренний конус со шлицем для возможности распора внутреннего конуса и наружный конус. При этом согласно первой форме осуществления внутренний конус выполнен в виде конического зажимного элемента, который для радиальной затяжки расположен на болте между составными частями и натяжной гайкой, и болт несет или образует наружный конус. В частности, наружный конус выполнен в виде самостоятельного компонента или в виде составной части болта. Согласно второй форме осуществления внутренний конус в виде конического промежуточного зажимного элемента, который благодаря шлицу может распираться для радиальной затяжки, расположен, по меньшей мере, частично противоположно зажимному элементу, образующему или несущему наружный конус, и между болтом и составными частями. При обеих формах осуществления нажимная гайка с помощью резьбы нажимной гайки навинчена на конический зажимный элемент и может затягиваться или затянута по отношению упорной поверхности второй составной части, чтобы ограничить возможность движения зажимного элемента. Другими словами, при обеих формах осуществления имеющая возможность перемещения часть конусной пары несет нажимную гайку.
Вместо такого болта с резьбой, на который навинчена натяжная гайка, болт может быть выполнен также в виде стяжного винта с головкой и резьбой, причем в этом случае резьбой стяжного винта он ввинчен в направлении первой составной части в или позади первой составной части для затяжки составных частей. Внутренний конус в виде конического зажимного элемента в этом случае для радиальной затяжки расположен на болте или на теле стяжного винта между прилегающими друг к другу составными частями и головкой, если болт несет или образует наружный конус.
Вместо нажимной гайки или дополнительно к ней, по меньшей мере, один зажимный винт с помощью резьбы зажимного винта в качестве резьбы зажимного элемента может быть навинчен на конический зажимный элемент и с натяжением по отношению упорной поверхности второй составной части ограничивать возможность движений зажимного элемента.
Возможное осевое силовое замыкание, если, вообще, при соединении вал-ступица можно об этом думать, не должно создаваться с помощью второго зажимного элемента, который бы не относился к собственному соединению вал-ступица. Напротив, в данном случае радиальное и осевое замыкание создается тем же самым зажимным элементом. Каждая форма осуществления имеет при этом в качестве общего элемента подвижный зажимный элемент как с конической поверхностью, так и расположенную на нем с возможностью регулирования нажимную гайку или зажимные винты.
Предпочтительным является то, что осевая сила предварительного натяжения зажимного элемента нажимной гайкой или зажимными винтами по отношению второй составной части находится в определенном или определяемом отношении к радиальной силе в радиальном направлении к болту или телу стяжного винта.
Предпочтительно, что в затянутом состоянии конический зажимный элемент радиально расперт в отверстии, образованном в первой составной части, причем болт или тело стяжного винта проходит через это отверстие в первой составной части.
Предпочтительно, что отверстие проведено через первую подлежащую затяжке составную часть и болт или стяжной винт с помощью опоры, расположенной на стороне, противоположной второй составной части, прижат к первой составной части.
Предпочтительно, что отверстие выполнено в виде глухого отверстия в первой подлежащей затяжке составной части и болт своим концевым участком, противоположным второй составной части, или стяжной винт с помощью его концевого участка, противоположного второй составной части, прочно заделан в первой составной части, в частности ввинчен.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения болт или стяжной винт имеет участок с конической поверхностью в качестве конического противодействующего зажимного элемента для конического зажимного элемента.
Соединительная система, предпочтительно, имеет некоторое количество таких зажимных винтов, причем зажимные винты расположены с распределением по периметру зажимного элемента и через резьбовые отверстия в зажимном элементе и с возможностью регулирования выступают в направлении упорной поверхности второй составной части. Зажимные винты позволяют применение подобного рода затяжной системы предпочтительно также на необработанной, только условно обработанной, а также на неровной упорной поверхности. Зажимные винты предпочтительно могут быть выполнены в виде потайного винта, а также в виде обычного винта. При этом зажимные винты предпочтительно распределены по периметру участка головки зажимного элемента, который смещается по оси, чтобы создать радиальное силовое замыкание.
Между нажимной гайкой и упорной поверхностью или между, по меньшей мере, одним зажимным винтом и упорной поверхностью может быть установлена подкладная шайба. Подкладная шайба препятствует повреждению упорной поверхности. Благодаря этому также вторые составные части могут затягиваться на рекомендованной поверхности. Подкладная шайба распределяет давление торцевых поверхностей отдельных зажимных винтов на большую площадь.
Конический зажимный элемент с внутренним конусом имеет, предпочтительно, в качестве двух отдельных друг от друга составных частей первый и второй участок, причем на первый участок навинчена нажимная гайка или, по меньшей мере, один зажимный винт, и, причем второй участок образован коническим и вдается в, по меньшей мере, первый компонент. При таком выполнении зажимный элемент может подготавливаться в комплекте с различными длинами обоих участков, чтобы иметь возможность гибко приспособиться к соответствующим размерам подлежащим затяжке составным частям. Также при необходимости между обоими участками в качестве удлиняющих деталей могут также устанавливаться цилиндрические или промежуточные вставки, если, например, толщина второй составной части очень велика.
В частности применение подобного рода соединительных систем является предпочтительным для осуществления такого способа.
С небольшими изменениями известных конструктивных форм соединительных систем и удивительно простым модифицированным способом для затяжки подлежащих затяжке составных частей сформирована предпочтительная система распорных болтов, которая позволяет подобные распорные болты рассматривать как оригинальные соединительные элементы. В частности, имеющая шлицы конусная втулка в виде конического зажимного элемента или зажимной втулки способствует наряду с надежным геометрическим замыканием дополнительному радиальному силовому замыканию. Это соответственно повышает жесткость соединения и исключает вредные микроскопические движения в стыке.
Дополнительно к радиальному силовому замыканию с помощью действующей в осевом направлении нажимной гайки или зажимных винтов создается также осевое силовое замыкание. При этом отношение радиальной силы к осевой силе предварительного напряжения может независимо регулироваться внутри широких пределов. Несмотря на это для радиального и одновременно осевого натяжения достаточно одного единственного стяжного винта соответственно одной единственной натяжной гайки, которая навинчена на болт, и комбинированная система из конического зажимного элемента и навинченной на него осевой нажимной гайки или зажимного винта зажимает подлежащие затяжке составные части.
Благодаря образованию шлица в коническом зажимном элементе, он может сильнее расширяться, чем этот элемент при обычном исполнении из линейно упругого материала, как, например, сталь, изготовленные зажимные втулки являются обычными, так что могут допускать более грубые допуски изготовления отверстий в подлежащих затяжке составных частях, полученных, в частности, сверлением. Это уменьшает предпочтительно также стоимость изготовления. Также остальные компоненты изготовлены из металлического материала, как например сталь.
Особенно предпочтительно, что с помощью такого снабженного шлицем зажимного элемента в форме конической зажимной втулки могут создаваться очень высокие радиальные силы, которые не только устраняют радиальный люфт в отверстии, но сверх того способствуют подлинному радиальному предварительному натяжению. Благодаря этому поперек к оси винта или болта достигается несущая способность, которая до сих пор была возможна только вдоль оси болта. В частности, при работе не наступает никакого отхода конической зажимной втулки от отверстия, а имеющая шлиц зажимная втулка остается преимущественно вдоль всего внутреннего периметра отверстия постоянно в плоскостном контакте. В связи с этим пластические деформации предпочтительно исключаются. В итоге это обуславливает возможность также последующего разъединения резьбового соединения при обслуживающих работах и благодаря этому составные части могут применяться многократно.
Таким образом, имеется комбинация большого числа различного рода аспектов, которые согласно настоящим вариантам выполнения унифицировано реализованы в соответственно единственном варианте выполнения. К ним относится обеспечивающий геометрическое замыкание соединительный элемент, который может применяться к тому же для двух или более соединяемых частей с, по меньшей мере, одним общим отверстием с одновременным всесторонним силовым замыканием и к тому же с возможностью регулирования осевого и также радиального предварительного натяжения для передачи поперечных сил или осевых крутящих моментов с наложенными осевыми силами и изгибающими моментами.
При этом болт согласно особо предпочтительному варианту выполнения вставляется непосредственно в качестве распорного болта в общее отверстие или сверление подлежащих соединению частей или составных частей. Для осевого крепления он может либо ввинчиваться во внутреннюю резьбу в одну из соединяемых частей или по другому крепиться к этой соответствующей составной части или альтернативно, через обе подлежащие соединению составные части и на обратных сторонах соединяемых элементов удерживаться с помощью гайки или головки винта. На одной стороне согласно одному предпочтительному варианту выполнения на болт наворачивается натяжная гайка, которая служит для определенно задаваемого стягивания. Другим существенным аспектом является распорный болт или конический зажимный элемент с геометрическим замыканием, так как общие, проходящие через обе составные части отверстия или сверления внутри полностью заполняются зажимной системой.
Радиальное силовое замыкание возникает при наворачивании на болт и затягивании зажимного элемента, в данном случае натяжной гайки или стяжного винта. При этом на имеющую шлиц втулку с внутренним конусом оказывает действие осевая сила предварительного натяжения, с которой втулка надвигается на болт или другой конический зажимный элемент с наружным конусом. Втулка расширяется до тех пор, пока она не войдет в контакт с внутренней стороной общего отверстия. Так как втулка образована в виде предпочтительно зажимного элемента со шлицем, внутри ее не могут возникнуть какие-либо тангенциальные напряжения, которые препятствовали бы радиальному расширению. В частности, втулка в виде конического зажимного элемента таким образом оказывает радиальный плоскостной нажим на внутреннюю сторону общих отверстий, который находится в силовом равновесии с осевой силой предварительного натяжения натяжной гайкой в качестве зажимного элемента. Таким образом, соединение получает предварительное натяжение с силовым замыканием в радиальном направлении.
Радиальное предварительное натяжение, предпочтительно, может ограничиваться с помощью осевой нажимной гайки или зажимного винта, которая в зависимости от формы осуществления навинчивается на имеющую шлиц зажимную втулку или имеющий шлиц зажимный элемент или противодействующий зажимный элемент и в последующем сдвигается в осевом направлении с помощью натяжной гайки или головки стяжного винта пока нажимная гайка или, по меньшей мере, один зажимный винт не войдут в контакт с подлежащими соединению составными частями. Итак, конический зажимный элемент больше не может двигаться в осевом направлении и радиальное предварительное натяжение соответственно не может больше повышаться.
С помощью осевой нажимной гайки или, по меньшей мере, одного зажимного винта, кроме того, может целенаправленно регулироваться отношение между радиальным и осевым предварительным натяжением. Пока нажимная гайка или, по меньшей мере, один зажимный винт не прилегает к соединяемым составным частям, созданное натяжной гайкой или головкой осевое предварительное натяжение способствует только радиальному предварительному натяжению соединения. Как только нажимная гайка или, по меньшей мере, один зажимный винт войдет в контакт или будет прилегать к подлежащим соединению составным частям, способствует каждая дальнейшая затяжка натяжной гайки или стяжного винта все большему осевому предварительному натяжению. Итак, осевая сила предварительного натяжения, созданная натяжной гайкой или стяжным винтом, сначала разделяется на радиальное и потом на осевое предварительное натяжение.
Благодаря конусности конического зажимного элемента или конического промежуточного зажимного элемента отношение между осевым движением конического зажимного элемента и радиальным расширением зажимного элемента или противодействующего зажимного элемента, прилегающего к внутренней стенке отверстий, однозначно установлено на основе поразительно простых геометрических условий. Поскольку не наступает каких-либо пластических деформаций, таким образом установлено также отношение между осевой силой предварительного натяжения натяжной гайкой или зажимным винтом и радиальным предварительным натяжением. Таким образом, радиальное предварительное натяжение или радиальная сила и отношение осевого предварительного натяжения или осевой силы может регулироваться ходом вдвигаемого зажимного элемента.
Согласно другому аспекту соединение, предпочтительно, получает такое высокое радиальное предварительное натяжение, что радиальный обжим, возникающий на внутренней стороне общих отверстий, находится в силовом равновесии с внешними нагрузками. При этом при передаче поперечных сил радиальный поверхностный обжим больше среднего давления внутренней поверхности сверления или отверстия, которое поперечная сила оказывает на установленные в отверстие зажимные элементы. Осевые крутящие моменты передаются с помощью трения, господствующим между установленной в отверстии зажимной втулкой или зажимным элементом или противодействующим зажимным элементом и соединяемыми составными частями.
Дополнительно возникающие осевые силы и изгибающие моменты передаются как при обычных резьбовых соединениях. Для этого соединение по оси так высоко предварительно натягивается, что подлежащие соединению составные части не могут отходить друг от друга.
Пример выполнения изобретения ниже более подробно поясняется с помощью чертежей. Для различных вариантов выполнения применяются одинаковые ссылочные позиции, поскольку соответствующие детали выполнены одинаково или сравнимым образом функционируют.
На чертежах представлено следующее:
фиг.1 - соединительная система для затяжки двух подлежащих затяжке составных частей, согласно одному варианту выполнения;
фиг.2А-С - этапы способа соединения для затяжки составных частей соединительной системой;
фиг.3 - другой предпочтительный вариант выполнения соединительной системы;
фиг.4 - еще один предпочтительный вариант выполнения соединительной системы;
фиг.5A-F - последовательность соединения двух составных частей соединительной системой по фиг.4;
фиг.6 - предпочтительный вариант выполнения со стяжным винтом вместо болта и натяжной гайки, а также состоящим из нескольких частей зажимным элементом;
фиг.7 - другой предпочтительный вариант выполнения с зажимным винтом вместо нажимной гайки.
Как показано на фиг.1, соединительная система служит для того, чтобы соединять друг с другом, по меньшей мере, одну первую составную часть 1 и вторую составную часть 2. В принципе, однако, может друг с другом затягиваться более двух составных частей, в частности, в случае, когда другие составные части с соответствующими проходными отверстиями расположены между первой и второй составными частями 1, 2.
Для затяжки первой и второй подлежащих затяжке составных частей 1, 2 служит болт 3, который пропущен через отверстия 10, 20, которые образованы в виде проходных отверстий в первой соответственно во второй составных частях 1, 2.
В представленном варианте выполнения болт 2 выполнен в виде винта с головкой 31 винта. Обычным образом, однако не обязательно, между головкой винта 31 и поверхностью первой составной части 1, которая окружает отверстие 10, установлена подкладная шайба 9. Головка 31 и подкладная шайба 9 образуют таким образом опору, которая позволяет затяжку этой стороны болта 3 относительно первой составной части 1 на стороне первой составной части, которая противоположна второй составной части 2.
Болт 3 имеет на своем противоположном конце, т.е. на своем обращенном от первой составной части 1 или отстоящем конце, резьбу 30, которая служит для навинчивания натяжной гайки 4. Натяжная гайка 4 служит для того, чтобы с помощью навинчивания на резьбу 30 болта 3 стянуть друг с другом обе составные части 1,2.
В качестве существенного компонента системы соединения вокруг болта 3 расположен конический зажимный элемент 5, причем конический зажимный элемент 5 своим обращенным от натяжной гайки 4 концом, по меньшей мере, частично выступает в область внутри отверстия 10 первой составной части 1. Своим противоположным концом, который обращен к натяжной гайке 4, конический зажимный элемент 5 выступает из отверстия 20 второй составной части 2 с головным участком 51. Головной участок 51 конического зажимного элемента 5 имеет наружную резьбу 52, которая образована для навинчивания осевой нажимной гайки 7.
В качестве опции отверстие 20 в направлении натяжной гайки 4 может открываться также в расширенное отверстие, которое достаточно широкое, чтобы принять осевую нажимную гайку 7 в этом случае также лежащем внутри второй составной части 2 таким образом лежащим перед отверстием расширенном участке отверстия.
Далее, отклоняясь от изображения, головной участок 51 может быть образован не в диаметре расширенного участка конического зажимного элемента, если он достаточно устойчив, чтобы на наружной резьбе 52 достаточно прочно нести осевую нажимную гайку 7.
Конический зажимной элемент 5 имеет сужающуюся в направлении первой составной части 1 коническую поверхность в виде наружного конуса 50, который с геометрическим замыканием соединен с коническим промежуточным зажимным элементом 6, который имеет сужающийся в направлении первой составной части 1 с внутренней стороны к внутреннему диаметру коническую поверхность в виде внутреннего конуса. Таким образом, система из конусной пары с наружным конусом 50 и внутренним конусом 60 вставляется между обеими составными частями 1, 2. В зажимной втулке, образованной в виде конического промежуточного зажимного элемента 6 с внутренним конусом 60, выполнен шлиц 8, который проходит от конца противоположного натяжной гайке 4, т.е. от конца, обращенного к головке винта 31, параллельно оси болта 3 через промежуточный зажимной элемент 6. Благодаря этому, в частности, участок промежуточного зажимного элемента 6, обращенный к головке винта 31, может раздаваться коническим зажимным элементом 5, когда конический зажимной элемент 5 будет все больше вдавливаться в конический промежуточный зажимной элемент 6.
Поверхность второй составной части 2, обращенная к нажимной гайке 7, сформирована в качестве упора 71 для поверхности 21 осевой нажимной гайки 7, служащей в качестве сопряженного упора. Альтернативно другой компонент может быть сформирован в виде упора, если он прочный и в осевом направлении жестко соединен со второй составной частью 2, которой передает осевые усилия.
Фиг.2А показывает первый промежуточный этап способа соединения первой и второй составных частей 1, 2, причем система уже собрана в такой степени, что как конический промежуточный зажимной элемент 6, так и сопряженный конический зажимной элемент 5 вставлены в отверстия 10, 20 первой соответственно второй составных частей. Таким образом определяется нулевая точка для дальнейших этапов способа. При этом установка конического зажимного элемента 5 осуществляется преимущественно так далеко, что допуски изготовления отдельных составных частей и элементов компенсируются. Это достигается тем, что участвующие части так сдвигаются вместе настолько близко, что возникает непрерывное радиальное геометрическое замыкание, однако, никакого радиального силового замыкания преимущественно еще не возникает. Преимущественно в этом положении не происходит какого-либо расширения конического промежуточного зажимного элемента 6, так что, в частности, радиальной силы Fr, действующей в отверстии 10 первой составной части 1, еще нет, т.е. нет в части достойной упоминания. Таким образом, на этом этапе способа преимущественно как действующая по оси сила предварительного натяжения зажимного элемента F5, так и радиальная сила Fr еще пренебрежимо малы.
В последующем осевая нажимная гайка 7 со своей резьбой 70 так далеко навинчивается на наружную резьбу 52 конического зажимного элемента 5, что остается определенное расстояние а до упора с расстоянием до упора в нулевом положении а0 между сопряженным упором 21 на второй составной части 2 и упором 71 на нажимной гайке 7.
Расстояние до упора в нулевом положении а0 определенно устанавливается таким образом, что при осевом смещении конического зажимного элемента 5 с больше не вращающейся на ней, т.е. неподвижно в плане вращения зафиксированной зажимной гайкой 7, в отверстие конического промежуточного зажимного элемента 6 возникает возрастающая радиальная сила Fr вплоть до конечной радиальной силы Fre.
Фиг.2 В показывает состояние с коническим зажимным элементом 5, который так далеко вдвинут в конический промежуточный зажимной элемент 6, как это позволяет первоначальное расстояние до упора в нулевом положении а0. Другими словами конический зажимной элемент 15 (по-видимому 5, прим. переводчика) так далеко вдвинут в конический промежуточный зажимной элемент 6, что осевая нажимная гайка со своим сопряженным упором находится в полном контакте с упором 21 второй составной части.
Вдвигание конического зажимного элемента 5, согласно фиг.2 В, осуществлено благодаря тому, что натяжная гайка 4 стянула конический зажимной элемент 5 против реакции опоры, т.е., в частности, головки 31 винта, по отношению обеих подлежащих затяжке составных частей 1, 2. При этом не происходит какого-либо вращения осевой нажимной гайки 7 по отношению конического зажимного элемента 5, так что уменьшение расстояния осевой нажимной гайки 7 относительно конического угла наклона а конических наружного соответственно внутреннего конусов 50, 60 конического зажимного элемента 5 соответственно промежуточного зажимного элемента 6 определенно задает радиальную силу Fr. Другими словами для каждого применения с помощью задания расстояния до упора в нулевом положении а0, измеряемого длиной, может определяться конечная радиальная сила Fre. В качестве альтернативы этому при известном шаге резьбы 30 болта 3 в качестве критерия определения конечной радиальной силы Fre может в качестве эквивалента использоваться число оборотов натяжной гайки 4.
В представленном на фиг.2В промежуточном положении способа затяжки радиальная сила Fr уже примерно соответствует конечной радиальной силе Fre. Кроме того, в рассматриваемом положении увеличивается радиус r6 конического промежуточного зажимного элемента 6 от радиуса r6 в разгруженном состоянии промежуточного зажимного элемента 6 до радиуса r6е распертого промежуточного зажимного элемента 6 пропорционально длине вдвижения конического зажимного элемента 5 в конический промежуточный зажимной элемент 6.
При первом натяжении соединительной системы с помощью натяжной гайки 4 в осевом направлении х в первую очередь осуществляется радиальное затягивание при достижении конечной радиальной силы Fre в радиальном направлении r. В представленном на фиг.2 В положении затяжки натяжной гайки 4 осевая сила Fx в осевом направлении х составляет величину равную нулю или пренебрежимо малую величину.
Конечная осевая сила Fe достигается благодаря тому, что натяжная гайка 4 натягивается дальше. Это дальнейшее натяжение натяжной гайки 4 способствует, однако, в первую очередь только более прочной затяжке подлежащих затягиванию составных частей 1, 2 в осевом направлении х и не дает никакого или существенного увеличения конечной радиальной силы Fre. В итоге соответствует сила предварительного натяжения зажимного элемента F5 величине конечной осевой силы Fe.
На фиг.3 показана альтернативная система соединения с, в конечном счете, одинаковым принципом затяжки. Вместо конического зажимного элемента, который вдвигается между цилиндрическим болтом и разрезанной втулкой, образованной в виде конического промежуточного зажимного элемента, в этой соединительной системе модифицированный болт 3* образован в виде конического противодействующего зажимного элемента 6*. Участок, лежащий внутри отверстий 20, 10 второй соответственно первой составных частей 2, 1, имеет при этом наружный конус 60*, который имеет возрастающую конусность в первом отверстии 10 или увеличивающийся диаметр соответственно наружной окружности.
Соответственно конический зажимный элемент 5* в противоположность первой форме осуществления точно также с модифицированным исполнением вставлен в отверстия 20, 10. Конический зажимный элемент 5*, который несет осевую нажимную гайку 7, выполнен с цилиндрической наружной поверхностью и увеличивающейся внутренней окружностью по ходу от области внутри второго отверстия 20 в область внутри первого отверстия 10. Таким образом, конический зажимный элемент 5* имеет внутренний конус 50*. Кроме того, конический зажимный элемент 5* согласно второй форме осуществления имеет шлиц 8*, который от своего конца, противоположного осевой нажимной гайке 7 или наружной резьбе 52, предусмотренной для осевой нажимной гайки 7, простирается, по меньшей мере, частично в конический зажимной элемент 5*. Благодаря этому конический зажимной элемент 5* во взаимодействии с коническим противодействующим зажимным элементом 6* может расширяться при увеличивающемся вдвижении конического зажимного элемента 5* и таким образом может распираться относительно стенок отверстий второго и первого отверстия 20, 10.
Кроме того, второй представленный предпочтительный вариант выполнения имеет вместо болта с головкой винта шпильку 3* с резьбой по всей длине в качестве болта 3, на которой на обоих концевых участках могут навинчиваться гайки 4. При этом собственная натяжная гайка 4 расположена напротив расположенной на противоположном конце гайки в качестве контргайки 31* в смысле опоры и перед первым затягиванием натяжной гайки 4 устанавливается в определенное и после этого преимущественно больше не изменяющееся положение. Однако принципиально осевая затяжка может осуществляться с помощью этой контргайки 31*.
На фиг.4 показана еще более модифицированная форма осуществления, в которой с изменением образована первая составная часть 1°. Вместо проходного отверстия первая составная часть 1° имеет глухое отверстие, которое выполнено только в первой составной части 1°.
С помощью приемной резьбы 11° болт 3° с фиксацией ввинчивается в первую составную часть 1°. В качестве опции болт 3° вместо ввинчивания в первую составную часть мог бы прочно соединяться с ней другим способом, например привариваться к первой составной части. В принципе могло бы быть также обточенное осуществление, при котором болт сформирован в виде цельного компонента первой составной части, если остается, по меньшей мере, одно охватывающее его, частично выполненное, в первой составной части 1° отверстие 10°, которое остается для установки и радиальной затяжки конического зажимного элемента 5* и конического противодействующего зажимного элемента 6*.
На фиг.5A-5F показан третий предпочтительный вариант выполнения способа, сравнимый с осуществлением способа, описанным с помощью фиг.2А-2С.
На фиг.5А показан при этом ранний этап способа, в котором болт 3° ввинчен в резьбу 11° первой составной части 1°. Передней стороной, где расположена резьба, болт 3° проходит отверстие 10° первой составной части 1° и потом через отверстие 20° второй составной части 2. При этом между конической наружной окружностью болта 3° с наружным конусом 60* и внутренней стенкой обеих отверстий 10°, 20 остается свободное пространство.
Затем, как показано на фиг.5 В, в это свободное пространство вдвигается конический зажимный элемент 5*, причем так далеко, как это позволяют наружный конус 60* болта 3° и надвинутый на него внутренний конус 50* конического зажимного элемента 5*, чтобы компенсировать допуски изготовления, соответственно достигнуть силового замыкания. Благодаря этому определяется нулевая точка. Затем осевая нажимная гайка 7 наворачивается на конический зажимной элемент 5*, наворачивается на расстояние а до упора при нулевом положении и потом на болт 3° наворачивается натяжная гайка 4.
На фиг.5С наглядно показана возрастающая действующая радиальная нагрузка или радиальная сила Fr при вращении натяжной гайки 4 по отношению конического зажимного элемента 5*, пока зажимная гайка не находится в контакте с упором 21. Благодаря этому возникает очерченный на фиг.5D с помощью сплошных линий силовой поток в таким образом стянутых друг с другом составных частях 1°, 2 и других элементах, т.е. болте 3°, коническом элементе 5* и натяжной гайке 4.
На фиг.5Е показано изменение сил после контакта нажимной гайки 7 с упором 21 при дальнейшем затягивании натяжной гайки 4. Оно способствует возрастанию становящейся все больше осевой силы Fx. На фиг.5F показана соединительная система в конечном положении с всесторонне действующими силами предварительного натяжения. С помощью сплошных линий при этом изображен осевой силовой поток в стянутых таким образом друг с другом составных частях 1°, 2 и других элементах, т.е. болте 3°, коническом элементе 5* и натяжной гайке 4, и с помощью штриховых линий отклоняющийся в противоположность этому радиальный силовой поток.
На фиг.6 показан далее предпочтительный вариант выполнения, в котором вместо болта с натяжной гайкой, проходящего от первой подлежащей затяжке составной части 1° через вторую подлежащей затяжке составную часть 2 использован болт, который выполнен в виде стяжного винта 3**. Стяжной винт 3** имеет головку 4 ** стяжного винта и на концевом участке противоположном головке 4** резьбу 30**. В собранном состоянии резьба 30** стяжного винта 3** снова ввинчена в резьбу 11** под установку болта в первую подлежащую затяжке составную часть. Выполнение с болтом и натяжной гайкой становятся предпочтительными для имеющих большие размеры устройств. Напротив исполнение с болтами, образованными в виде стяжных винтов 3**, позволяет выбор параметров с очень малыми элементами с диаметром от, в частности, 20 мм и менее.
В качестве другого отличия при выполнении согласно фиг.6 применен конический зажимный элемент 5** в виде разрезанной, т.е., в частности, имеющей шлиц 8* зажимной втулки с внутренним конусом 50**. Внутренний конус 50** взаимодействует с установленным между внутренним конусом 50** и болтом, выполненным в виде стяжного винта 3**, противодействующим стяжным элементом 6**. Имеющий форму втулки противодействующий зажимный элемент 6** образован в виде внешнего конуса 60**. Предпочтительно, но необязательно, конец противодействующего нажимного элемента 6**, обращенный к резьбе 30** стяжного винта 3** в осевом направлении х, прилегает к обратной стороне стенки проходного отверстия 10* в первой подлежащей затяжке составной части 1*. Конический зажимной элемент 5** проходит с увеличивающимся внутренним периметром по мере удаления от нажимной гайки в осевом направлении.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, который также может быть осуществлен независимо, конический зажимный элемент 5** выполнен виде состоящего из нескольких частей зажимного элемента. В частности, он разделен на первый участок зажимного элемента 5* (по-видимому, 51**, прим. переводчика) и на второй, конусно проходящий участок 53 зажимного элемента 5**. Первый участок 51** имеет наружную резьбу 52 для навинчивания осевой нажимной гайки 7 и выступает частью в осевом направлении х в проходное отверстие 20 второй подлежащей затяжке составной части 2. На этой стороне первый участок 51** имеет со стороны торца упорную поверхность 51а, которая в установленном и наряженном состоянии давит на соответственно выполненную упорную поверхность 53а второго, конического участка 53. Благодаря этому становится возможной модульная система. Она позволяет в зависимости от, в частности, толщины или ширины второй подлежащей затяжке составной части 2 применение цилиндрических промежуточных деталей или устанавливаемых различно по глубине в проходное отверстие 20 первых участков 51**.
На фиг.7 показан еще один предпочтительный вариант выполнения, который применим независимо или в сочетании с остальными описанными вариантами выполнения. Вместо нажимной гайки применяется, по меньшей мере, один зажимный винт 7°°, преимущественно некоторое количество зажимных винтов 7°°. Вместо наружной резьбы конический зажимный элемент 5°° имеет соответственно резьбовые отверстия 54, которые в осевом направлении х проходят параллельно оси через участок 51°° головки конического зажимного элемента 5°°. В резьбовые отверстия 54, соответственно их внутренние резьбы 52°°, соответственно установлен в качестве зажимного элемента один из осевых зажимных винтов 7°° со своей резьбой 70°°. В качестве примера показаны потайные винты, однако, могут применяться выступающие из резьбового отверстия 54 по обеим сторонам зажимные винты.
Зажимные винты 7°° выходят из участка 51°° головки конического зажимного элемента 5°° в направлении второй составной части 2.
Преимущественно между зажимными винтами 7°° и упорной поверхностью в форме упора 21 второй подлежащей затяжке составной части 2 установлена подкладная шайба 9°°. Благодаря этому поверхности зажимных винтов 7°° с торцевой стороны прилегают не к отдельным точкам поверхности второй подлежащей затяжке составной части 2, когда достигнуто конечное состояние затяжки. При монтаже соответственно до определенного расстояния до поверхности соответственно упора 21 второй подлежащей затяжке составной части 2 не дотягивается не одна нажимная гайка, а соответственно некоторое количество зажимных винтов 7°° дотягивается до определенного расстояния до упора 21 соответственно до поверхности подкладной шайбы 9°°, противолежащей 7°° зажимным винтам.
Вместо имеющей возможность перемещаться с ходом нажимной гайки применяется таким образом несколько зажимных винтов в виде, предпочтительно, резьбовых штифтов, причем в представленном варианте выполнения снова в качестве стяжного болта для конечной стяжки применяется стяжной болт 3**. Вместо стяжного болта 3** может применяться болт с натяжной гайкой. Вместо нажимной гайки таким образом установлена система децентрализованных зажимных винтов, которые делают регулируемым пассивно ограниченный путь перемещения вперед. Предпочтительно, что в частности, имеется возможность нивелирования также на неровных поверхностях второй подлежащей затяжке составной части 2.