螺栓载荷检验装置，螺栓载荷检验装置的应用和螺栓载荷检验方法

技术领域

本发明涉及一种螺栓载荷检验装置，其特别适用于检验螺栓的强度值。本发明还涉及根据本发明的螺栓载荷检验装置的应用以及一种使用根据本发明的螺栓载荷检验装置对螺栓进行载荷检验的方法。

背景技术

螺栓是众所周知的。根据VDI/VDE 2645页2：2014-09，螺栓能够利用螺纹实现可松脱的连接，其将两个或更多的部件接合在一起，使得这些部件在所有发生的操作力下都表现得像一个部件。在制造螺栓的过程中，随机地抽样检查一批次的螺栓是否符合强度值。这种所谓的载荷检验通过螺栓载荷检验装置进行。

由专利文献WO2008/151799A1已知一种这样的具有权利要求1的前序部分所述特征的螺栓载荷检验装置。已知的用于常规螺栓的载荷检验的螺栓载荷检验装置具有包括多个壳体部件的壳体，其中螺栓头轴向贴靠在第一壳体部件的端面上，并且与螺栓的螺纹部协同作用的螺母与第二壳体部件的端面协同作用。在拧紧转矩施加到螺栓时，两个壳体部件通过螺栓彼此夹紧。这种夹紧可以通过测量装置检测为轴向力和/或转矩。

借助这种螺栓载荷检验装置，既能够无破坏地检验常规螺栓，也能够检验高达会导致破坏螺栓的载荷。特别地，在破坏性载荷检验过程中，螺栓的破坏通常发生在螺栓的螺纹部中，这使得两个壳体部件能够在螺栓被破坏之后相对容易地彼此分开，或者说据此可以相对简单地从螺栓载荷检验装置上移除螺栓组件。

这种由现有技术已知的螺栓载荷检验装置只能有条件地适用于分离螺栓的破坏性载荷检验。分离螺栓沿其纵轴线具有两个依次布置的螺栓头。后螺栓头会在施加预定的拧紧转矩时断裂。分离螺栓在许多技术领域中是用作保险元件或防盗。因为当后螺栓头被撕掉时，剩下的螺栓体只能用特殊工具从螺栓连接处拆下。分离螺栓是多种多样的，特别是后螺栓头的形状和尺寸。

因此，在分离螺栓的破坏性载荷检验中，螺栓载荷检验装置的两个壳体部件在轴向力的作用下彼此夹紧，并且用于安置特殊工具的空间在结构上通过壳体部件堵住。亦即，使用特殊工具不能到达相应的工具结合面，因此不能从螺栓载荷检验装置上移除螺栓组件。

在实践中发现，待检验的分离螺栓在其载荷检验之前在分离螺栓的区域中设有附加的工具结合面，该附加的工具结合面在实际的工具结合面或螺栓头断裂之后仍可从外部沿着螺栓体接近之。这种方法的缺点在于，一方面，这种附加的并且仅用于在分离螺栓的破坏性载荷检验之后的松脱的工具结合面的附接或者形成需要额外的工作成本。此外特别不利的是，为此形成该附加的工具结合面，对分离螺栓的机械加工通常会与螺栓体材料的热应变相关联，该热应变可能会导致材料的结构变化，并进而改变螺栓体的强度特性。由此可能会使分离螺栓载荷检验的测量结果失真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺栓载荷检验装置，其能够在螺栓的载荷检验或者被破坏之后容易地从螺栓载荷检验装置上拆下螺栓。

本发明的目的通过独立权利要求1的特征来实现。

本发明根据权利要求1涉及一种螺栓载荷检验装置，其具有：壳体，该壳体被构造用于布置螺栓和与该螺栓的螺纹部协同作用的、特别是被构造为螺母的配对元件，其中，该壳体具有第一壳体部件，该第一壳体部件被构造为至少间接地与整体连接到螺栓的部分协同作用，该壳体还具有第二壳体部件，该第二壳体部件具有被构造为与配对元件协同作用，这两个壳体部件至少沿纵轴线的方向相对可运动地布置；和测量装置，该测量装置用于检测作用在螺栓上的轴向力F和/或用于检测作用在螺栓上的转矩M，其中，这两个壳体部件能够通过张紧装置从第一位置至少调节到第二位置，并且其中，在该第一位置中两个接触面

本发明是基于这样的构思：即，在螺栓的(破坏性)载荷检验之后，为了拆下螺栓组件，必须减小由于载荷检验而引入到与螺栓协同作用的两个壳体部件中的轴向力，从而即使在没有特殊工具结合面的情况下，尚存的螺栓体也能够尽可能手动地从其布置在壳体中的配对元件(螺栓螺母)上拆下。

在此背景下，本发明根据其权利要求1的教导将螺栓载荷检验装置构造为，使得与螺栓协同作用的两个壳体部件能够借助于张紧装置从第一位置至少调节到第二位置，并且在第一位置中两个接触面之间沿纵轴线方向的第一距离小于两个接触面在第二位置中的第二距离，所述两个接触面被构造为与螺栓和配对元件协同作用。

根据本发明的螺栓载荷检验装置的优选的扩展方案在从属权利要求中给出。

为了在螺栓被破坏或载荷检验之后不必手动地调节壳体的两个壳体部件，使它们从其彼此间隔开布置的第二位置调节到其彼此间隔开较小距离的第一位置，根据本发明的一种特别优选的实施方式，设置一复位装置，该复位装置被构造为沿着第一位置的方向调节壳体的两个壳体部件。由此，在张紧装置停用的情况下，使所述壳体部件沿第一轴向位置的方向实现自动复位。

复位装置的具体实施方式存在不同的选项。优选的是机械的实现，其中复位装置被构造为至少一个弹簧元件的形式。这种设计的优点特别是在于：能够以所期望的方式和方法实现壳体部件的复位，而无需额外的激活或辅助材料。弹簧元件特别是压力弹簧。根据一种具体的结构实施方式，该至少一个弹簧元件被布置在张紧装置的区域中，在张紧装置的两个沿纵轴线方向可相对运动地的部件之间。此外，特别优选的是不仅使用一个弹簧元件或一个压力弹簧，而是使用多个弹簧元件或压力弹簧。在这种情况下，特别优选地，它们是以均匀的角间距布置在围绕壳体部件的纵轴线的节圆直径上。此外还要提及的是，替代于机械的复位装置或弹簧元件的，例如在使用压缩空气或液压介质的情况下，也可以考虑将复位装置构造为气动的或液压的复位装置。

关于该用于产生沿第二位置的方向作用在两个壳体部件上的预紧力的张紧装置，特别优选地将其构造为液压张紧装置。该液压张紧装置具有活塞和气缸。向活塞加载液压介质并在气缸中推拉活塞，由此使活塞在气缸中行进。使用液压张紧装置的优点特别是在于：可以承受相对较高的、沿轴向方向作用的张紧力，并且由于液压介质是不可压缩的，因此活塞在此也不会引起任何干扰性的冲程变化。

在另一种有利的实施方式中，压力加载是通过液压介质借助于电泵或气动装置(Pneumatik)来产生。

一方面为了能够使用相同的壳体或相同的壳体部件在不同螺纹直径的(分离)螺栓上，另一方面也为了确保在引入起动拧紧转矩之后使作用在(分离)螺栓上的轴向力和/或作用在(分离)螺栓上的转矩仅在与螺栓协同作用的配对元件或螺栓头的接触面的区域中起作用并因此能够被测量装置精确地检测，根据壳体的一种结构性扩展方案，壳体被构造为，在形成径向间隙的情况下将螺栓容纳在两个接触面之间。

为了使螺栓载荷检验装置能够在不进行复杂的改装或者较长调试时间的情况下用于不同大小的螺栓规格，在螺栓载荷检验装置的另一种优选的实施方式中，提供具有优选多个的、不同直径的通孔的规格部件(Formatteil)作为配对元件用于与(分离)螺栓整体连接的部分，并且该配对元件在轴向接触的情况下能够相对于壳体的第一壳体部件抗扭地定位。

关于测量装置的布置和构造也存在不同的选项。在结构上特别优选的实施方式中，测量装置被布置在第二壳体部件与另一部件之间，其中第二壳体部件和所述另一部件是沿纵轴线的方向并围绕纵轴线可相对运动地布置，并且其中，测量装置被布置为与第二壳体部件和所述另一部件优选直接接触(Anlagekontakt)。

如果将壳体的单个壳体部件设计为车削件，则可以特别简单和经济地制造它们。在此背景下，根据本发明的另一种实施方式，至少所述第一壳体部件和第二壳体部件被构造为套筒形或环形的。

本发明还涉及到上述根据本发明的用于分离螺栓载荷检验的螺栓载荷检验装置的应用。这样的应用是特别有利的，因为通过根据本发明实施方式的螺栓载荷检验装置，能够以特别简单的方式拆下在分离螺栓破坏性载荷检验之后位于壳体区域中的螺栓构件。

此外，本发明还包括一种借助于上述的根据本发明的装置进行螺栓、特别是分离螺栓的载荷检验的方法。根据本发明的该方法的特征在于至少包括以下步骤：

-通过激活张紧装置扩大两个用于螺栓的接触面之间的轴向距离，以将第一和第二壳体部件从第一位置调节到第二位置，

-组装螺栓和与螺栓协同作用的配对元件，

-在螺栓上施加拧紧转矩，

-在载荷检验结束之后停用张紧装置，

-拆下螺栓。

根据该方法的一种扩展方案，在停用张紧装置之后，两个壳体部件通过复位装置从第二位置朝第一位置的方向运动。

根据该方法的另一种优选的设计方案，为了拆卸螺栓，在第一接触面和螺栓的与第一接触面协同作用的部分之间形成轴向间隙。这种方法的特别有利之处在于完全消除了之前作用在螺栓上的轴向力，从而仅通过手动操作或转动螺栓就能够将螺栓从配对元件上拆下。

本发明的更多优点、特征和细节通过以下对优选实施例的说明以及附图给出。

附图说明

图1示出了根据本发明的螺栓载荷检验装置在螺栓的破坏性检验之后，在将螺栓从螺栓载荷检验装置拆下之前的纵向截面图，和

图2至图5分别示出了根据图1的螺栓载荷检验装置在螺栓检验的不同阶段的透视纵向截面图。

具体实施方式

附图中的相同元件或具有相同功能的元件具有相同的附图标记。

在附图中示出的螺栓载荷检验装置10用于对螺栓1进行无损的或破坏性的载荷检验。该螺栓载荷检验装置10特别适用于分离螺栓2的载荷检验。在图3中以未损坏状态示出的分离螺栓2的特征在于圆柱形部分3，其至少在端侧的端部区域上具有仅在图1中可看清的螺纹部4，该螺纹部被构造为与例如螺母6形式的配对元件5协同作用。在分离螺栓2的另一轴向端部区域上，分离螺栓具有(短的)圆柱形部分7，其上连接有沙漏形的分离部8，该分离部与分离螺栓2的头部9整体连接。头部9以已知的方式具有用于将拧紧转矩导入分离螺栓2的工具结合面。该工具结合面特别是被构造为平坦的面，以便例如与扳手或相应的转矩装置配合。

这种分离螺栓2在实践中是用于将部件相互连接，在组装或将部件连接之后应确保它们不再能够容易地彼此分开或拆散。为此，在安装分离螺栓2时，要通过头部9向分离螺栓2中导入一定大小的拧紧转矩，使得分离螺栓是在分离部8的区域中被破坏，或者头部9是在分离部8的最小横截面的区域中被剪断。由于在留下的圆柱形部分7或分离部8上没有工具结合面，因此这种分离螺栓2在其安装之后通常不能在没有其它辅助装置或不费力的情况下被拆除。

螺栓载荷检验装置10用于在制造螺栓的过程中随机地抽样检验一批次的螺栓是否符合强度值。

螺栓载荷检验装置10具有多件式的壳体12。壳体12包括板形的或环形的第一壳体部件14，该第一壳体部件在规格部件16轴向插入的条件下以规格部件16的第一接触面19轴向地贴靠在分离螺栓2的圆柱形部分7的端面17上，该端面位于分离螺栓2的背对分离部8的一侧。

在所示出的实施例中，规格部件16被构造为条形的并且具有不同直径的通孔18，使得规格部件16可以用于不同规格或直径的分离螺栓2。在此，分离螺栓2的圆柱形部分3以小的径向间隙穿过通孔18。此外，第一壳体部件14具有与规格部件16的宽度相匹配的纵向槽20，规格部件16轴向地贴靠在纵向槽的底部，从而在第一壳体部件14与规格部件16之间形成围绕壳体12的纵轴线22的抗扭连接。

第一壳体部件14轴向地、即在垂直于纵轴线22延伸的平面中贴靠在张紧装置24上。张紧装置24优选地是液压张紧装置。张紧装置24具有带有通孔27的第一部件26，该通孔相对于纵轴线22同心地延伸。通孔27的直径与分离螺栓2的圆柱形部分3的直径适配为，使得在圆柱形部分3与通孔27之间始终形成至少小的径向间隙。张紧装置24的第一部件26被张紧装置24的第二部件28径向地包围。被构造为套筒形的第二部件28具有液压连接区域30以及排气连接元件36。在液压连接区域30中布置有液压元件34，该液压元件与未示出的液压源和阀装置相连接。排气连接元件36用于张紧装置24的排气。在张紧装置24的两个部件26、28之间布置有环形的压力腔室38。

张紧装置24的两个部件26、28能够沿纵轴线22的方向从第一位置沿箭头41(图1)的方向运动到与第一位置轴向间隔开的第二位置，其中，在该第一位置中，两个部件26、28以轴向对置的止挡面39、40彼此抵靠(图5)。

为了使压力腔室38相对于周围环境密封，在两个部件26、28之间设置环形的密封元件42、43。优选地，第一部件26具有相应的环形槽，以便接纳环形的密封元件42、43。这种优选的实施方式特别节省空间。但是替代地，也可以使第二部件28具有相应的环形槽，以用于接纳环形的密封元件。

在张紧装置24的第一部件26中，在背对第一壳体部件14的端面上，沿着围绕纵轴线22的节圆直径，优选相对于彼此以均匀的角间距，构造多个盲孔44。在每个盲孔44中布置有压力弹簧形式的弹簧元件45。该弹簧元件45用作复位装置46，以在上述的第一位置中向张紧装置24的两个部件26、28加载复位力。为此，弹簧元件45轴向地支撑在环形的支撑板48上，该支撑板借助螺栓49与第一部件26轴向地拉紧。支撑板48同样具有通孔51，用于在形成径向间隙的情况下接纳分离螺栓2的圆柱形部分3。

张紧装置24以其第二部件28在背对第一壳体部件14的一侧轴向地沉入到另一壳体部件54的凹部52中，该另一壳体部件是测量装置70的部件。该另一壳体部件54具有相对于纵轴线22同轴的钻孔部56，在该钻孔部中在形成径向间隙59的情况下布置有环形盘58。环形盘58径向地接纳套筒形的插入件60的部分区域，该部分区域用作第二壳体部件62。环形盘58和第二壳体部件62例如通过多个张紧销63(图2)抗扭地相互连接。插入件60或第二壳体部件62用于使螺母6轴向地贴靠在第二壳体部件62的用作第二接触面61的端面64上。此外，环形盘58与另一个盘65抗扭地连接，例如通过环形盘58与该另一个盘65之间的整体设计。

在另一个板65以及另一个壳体部件54上的两个沿纵轴线22的方向彼此间隔开地布置并环形围绕纵轴线22延伸的面66、67之间接纳前述的测量装置70。例如以本身已知的方式构造的测量装置70同样纯示例性地具有多个(未示出的)应变仪或类似的测量元件，它们用于检测沿纵轴线22的方向作用在分离螺栓2或螺母6上的轴向力F和/或转矩M。测量装置70通过电插接件72例如与未示出的分析和/或显示单元连接，该分析和/或显示单元被构造为分析、显示和/或存储由测量装置70检测的轴向力和/或由测量装置70检测的转矩。

盘65借助于转矩测量体74通过测量装置70相对于另一壳体部件54沿轴向方向被拉紧。

现在按照图2至图5的顺序说明上述的螺栓载荷检验装置10在分离螺栓2的载荷检验中的工作方式：在图2中示出了分离螺栓2尚未安装在螺栓载荷检验装置10上时的状态。通过液压连接区域30向压力腔室38填充处于例如30bar预压下的压力介质，并通过相应地调整液压供给中的阀门来防止压力介质从压力腔室38回流。存在于压力腔室38中的液压压力使得张紧装置24或两个部件26、28克服弹簧元件45的弹簧力从其第一位置运动到其第二位置。该轴向的第二位置的特征在于分离螺栓2的两个接触面19与61之间沿纵轴线22方向的距离a2。在此，所述轴向运动是通过支撑板48与张紧装置24的伸展的第二部件28之间的接触来限制，其中，该轴向的第二位置在必要时通过接近传感器(未示出)来监视。

在图3中，通过将螺纹部4拧入螺母6中，分离螺栓2被安装在螺栓载荷检验装置10中。同时可以看出，圆柱形部分7在面对壳体12的一侧以端面17轴向地贴靠在规格部件16上。现在根据图3所示，通过分离螺栓2的头部9的工具结合面，将拧紧转矩导入分离螺栓2中，直至分离螺栓在分离部8的区域中被破坏。这在图4中示出。通过增加螺栓1的拧紧转矩，张紧装置24的压力腔室38中的液压介质的液压压力也增加。

在此，通过测量装置70检测在导入拧紧转矩之后作用在分离螺栓2上的轴向力F和/或在导入拧紧转矩之后作用在分离螺栓2上的转矩M。本领域技术人员在此可以仅检测轴向力F或仅检测转矩M，或者也可以既检测轴向力F，又检测转矩M。

在检验结束之后需要移除现在仍在螺栓载荷检验装置10中处于轴向夹紧下的分离螺栓2的组件。为此，首先使液压介质从压力腔室38回流，特别是通过打开未示出的阀门。然后，力张紧装置24的两个部件26、28在复位装置46或弹簧元件45的作用下从第二轴向位置再次运动回到到其初始的第一位置。由此在两个接触面19与61之间产生的轴向距离a1小于第二轴向距离a2。附加地根据图5所示，在分离螺栓2的端面17的区域中，在规格部件16与圆柱形部分7之间，形成例如5mm的轴向间隙76。这使得分离螺栓2能够特别容易地经由圆柱形部分7或分离部8从配对元件5或螺母6上被手动地拧下，并沿着轴向方向从壳体12中移除。

上述的螺栓载荷检验装置10能够以多种方式来改变或修改，而不偏离本发明的构思。特别应当指出的是，尽管只是结合分离螺栓2的载荷检验描述了螺栓载荷检验装置10，但其当然也可以用于常规螺栓1的载荷检验。

附图标记列表

1 螺栓

2 分离螺栓

3 圆柱形部分

4 螺纹部

5 配对元件

6 螺母

7 圆柱形部分

8 分离部

9 头部

10 螺栓载荷检验装置

12 壳体

14 第一壳体部件

16 规格部件

17 端面

18 通孔

19 第一接触面

20 纵向槽

22 纵轴线

24 张紧装置

26 张紧装置的第一部件

27 通孔

28 张紧装置的第二部件

30 液压连接区域

34 液压元件

36 排气连接元件

38 压力腔室

39 止挡面

40 止挡面

41 箭头

42 密封元件

43 密封元件

44 盲孔

45 弹簧元件

46 复位装置

48 支撑板

49 螺栓

51 通孔

52 凹部

54 另一个壳体部件

56 钻孔部

58 环形盘

59 径向间隙

60 套筒形的插入件

61 第二接触面

62 第二壳体部件

63 张紧销

64 端面

65 另一个盘

66 面

67 面

70 测量装置

72 插接件

74 转矩测量体

76 轴向间隙

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