PL174832B1 - Element kontrolny naprężenia śrub kotwowych - Google Patents

Abstract

1. Elem ent kontrolny naprezenia srub ko- twowych i innych zlaczy srubowych, um iesz- czony na trzpieniu sruby kotwowej pomiedzy mocowanym, zwlaszcza w scianie, przedmio- tem i uksztaltowanym w postaci nakretki lub glówki elementem gwintowanym sruby kotwo- wej, znam ienny tym, ze elem ent kontrolny naprezenia (9) sklada sie z nieodksztalcalnego pierscienia naciskowego (12) i rozszerzalnego pierscienia (13), przy czym z powierzchni przy lgowych miedzy dwoma pierscieniam i (12, 13) przynajmniej jedna przylga jest uksztaltow ana jako stozkowa powierzchnia toroidalna (1 4 , 15) i promieniowa skladowa sily, wytw arzanej przez elem ent gwintowany (6), dociskajacy ele- m ent kontrolny (9) i przenoszonej przez przy- lgi, rozpycha pierscien rozszerzalny (13) tak, ze w pozycji koncowej elem entu (6) po osiagnieciu maksymalnego wzglednego przesuniecia osio- wego miedzy pierscieniem naciskowym i pier- scieniem rozszerzalnym elem ent gwintowany (6) przylega do obu pierscieni (12, 13). FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest element kontrolny naprężenia śrub kotwowych i innych złączy śrubowych, umieszczony na trzpieniu śruby pomiędzy mocowanym, zwłaszcza w ścianie, przedmiotem i ukształtowanym w postaci nakrętki lub główki elementem gwintowanym śruby kotwowej.

W przypadku złączy śrubowych zasadnicze znaczenie ma zawsze to, aby poprzez dostatecznie mocne dokręcenie śruby uzyskać naprężenie potrzebne do niezawodnego zamocowania. Zbyt duże naprężenie powoduje czasem złamanie śruby przy montażu, natomiast zbyt małe naprężenie może stworzyć problemy w działaniu takiego połączenia gwintowanego. Z reguły, podczas montażu śrub, nie kontroluje się naprężenia, lecz co najwyżej moment obrotowy za pomocą klucza dynamometrycznego. Ma to tę wadę, że moment obrotowy nie pozwala ocenić bezpośrednio siły naprężenia, gdyż różne parametry wywierają duży wpływ na zależność między momentem obrotowym i naprężeniem. Tak na przykład nasmarowana lub współobracająca się podkładka działa na naprężenie podobnie jak ewentualnie zanieczyszczona podkładka. Przy jednakowym momencie dokręcania może wystąpić duży rozrzut siły naprężenia wynoszący +/- 50%.

174 832

Następny problem polega na tym, że w praktyce rezygnuje się często z używania kluczy dynamometrycznych, chociaż nakazano kontrolę momentu dokręcania, co jest przyczyną znanych usterek. Poza tym w przypadku tradycyjnych śrub kotwowych i innych złączy śrubowych nie można później sprawdzić, czy dane połączenie gwintowane ma niezbędną sprężystość.

Celem wynalazku jest stworzenie elementu kontrolnego naprężenia, który umożliwia w prosty sposób kontrolę naprężenia przynajmniej przy dokręcaniu złącza śrubowego.

Element kontrolny naprężenia według wynalazku wkłada się jak podkładkę pod łeb dokręcanej śruby. Element ten składa się z dwóch współdziałających pierścieni, mianowicie pierścienia naciskowego i pierścienia rozszerzalnego. Przynajmniej jedna z powierzchni przylgowych pomiędzy dwoma pierścieniami jest ukształtowana jako stożkowa powierzchnia toroidałna tak, że promieniowa składowa siły, wytwarzanej przez element gwintowany, dociskający element kontrolny i przenoszonej przez przylgi, rozpycha pierścień rozszerzalny tak, że w pozycji końcowej elementu gwintowanego, po osiągnięciu maksymalnego względnego przesunięcia osiowego między pierścieniem naciskowym i pierścieniem rozszerzalnym element gwintowany przylega do obu pierścieni.

Korzystnie powierzchnia czołowa pierścienia, z którą styka się główka śruby w jej pozycji końcowej, jest powierzchnią cierną służącą do zwiększenia tarcia między pierścieniem i główką śruby, co pozwala uzyskać szczególnie wyraźny wzrost momentu oporowego w pozycji końcowej.

Pierścień naciskowy może opierać się na główce śruby lub na mocowanym przedmiocie i swoją zwężającą się stożkowo powierzchnią boczną wciska się wtedy w pierścień rozszerzalny, rozpychając go przy dokręcaniu złącza śrubowego. Pierścień naciskowy może być też uformowany wprost na trzpieniu kotwowym w postaci wieńca, przy czym może być wtedy korzystne zastosowanie na pierścieniu rozszerzalnym powierzchni ciernych celem zwiększenia tarcia w pozycji końcowej.

Pierścień naciskowy można też włożyć jako pierścień o przekroju trapezowym do odpowiednio uformowanego rowka pierścienia rozszerzalnego. Przed naprężeniem złącza śrubowego pierścień rozszerzalny wystaje nad rowek, tak że dopiero w miarę wzrostu naprężenia jest wciskany w rowek i rozpycha promieniowo pierścień rozszerzalny, aż główka śruby osiągnie pozycję końcową i przylgnie do pierścienia rozszerzalnego.

Pierścień rozszerzalny jest wykonany korzystnie z miękkiego plastycznego materiału, natomiast pierścień naciskowy z twardego, ulepszonego cieplnie metalu. Powierzchnie przylegania obu pierścieni można zaopatrzyć w powłokę poślizgową, żeby przy dokręcaniu złącza śrubowego przed osiągnięciem pozycji końcowej zminimalizować wpływ tarcia między pierścieniami.

Między pierścieniem naciskowym i pierścieniem rozszerzalnym można też przewidzieć masę lepko-sprężystą, która odkształca się w widoczny sposób przy dokręcaniu złącza śrubowego. Odkształcenie to można zauważyć po tym, że wyżej wymieniona masa po osiągnięciu pozycji końcowej wychodzi przez kanał na zewnątrz przy elemencie kontrolnym naprężenia, co oznacza osiągnięcie pozycji końcowej.

Podczas dokręcania główki śruby pierścień naciskowy rozpycha poprzez stożkową powierzchnię toroidalną pierścień rozszerzalny dotąd, aż główka śruby przylgnie do obu pierścieni w pozycji końcowej. W tej pozycji zwiększa się gwałtownie moment obrotowy niezbędny do dalszego obrotu główki śruby. Zwiększenie momentu oporowego można wyczuć lub stwierdzić za pomocą czujników, a więc można łatwo rozpoznać osiągnięcie potrzebnego naprężenia zarówno przy dokręcaniu łba śruby ręką jak też za pomocą mechanicznych narzędzi. Poza tym można skontrolować wzrokowo, czy główka śruby przylega do obu pierścieni i osiągnęła w związku z tym swoją pozycję końcową, w której występuje niezbędne naprężenie.

Poprzez zastosowanie mniej lub bardziej masywnych albo sprężystych pierścieni rozszerzalnych można dobierać różne naprężenie, które występuje w złączu śrubowym w pozycji końcowej łba śruby.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej przedstawiony w przykładach wykonania uwidocznionych na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia złącze śrubowe ukształtowane w postaci śruby kotwowej z elementem kontrolnym naprężenia, fig. 2 - element kontrolny naprężenia, w którym pierścień naciskowy wciska się od dołu w pierścień rozszerzalny, fig. 3 - widok z góry na element

174 832 kontrolny naprężenia z fig. 2, fig. 4 - przykład wykonania z pierścieniem naciskowym ukształtowanym na trzpieniu kotwowym, fig. 5 - półprzekrój pierścieniowego elementu kontrolnego naprężenia, w którym pierścień naciskowy ma przekrój trapezowy, fig. 6 - półprzekrój elementu kontrolnego naprężenia, w którym między pierścieniem naciskowym i pierścieniem rozszerzalnym umieszczono masę lepko-sprężystą, fig. 7 - półprzekrój elementu kontrolnego naprężenia z zewnętrznym pierścieniem rozszerzalnym z materiału odkształcalnego, fig. 8 - półprzekrój elementu kontrolnego naprężenia, w którym pierścień naciskowy przylega do wieńca ścinanego.

Przedstawione na fig. 1 złącze śrubowe ukształtowane jest jako śruba kotwowa, która ma trzpień kotwowy 1 ze stożkiem rozporowym 2 i odcinkiem gwintowanym 3. Trzpień 1 wchodzi w otwór 4 wiercony w murze 5. W wyniku obracania nakręconej na odcinek 3 nakrętki 6 następuje wciąganie stożka 2 w tuleję rozporową 7 w kierunku strzałki 8, w wyniku czego tuleja 7 rozszerza się i zaciska się na ściance otworu wierconego 4. Przy dokręcaniu nakrętki 6 opiera się ona o element kontrolny naprężenia 9, który umieszczono między nakrętką 6 i przedmiotem 11 mocowanym na powierzchni ściany 10.

Element kontrolny naprężenia 9 składa się z wewnętrznego pierścienia naciskowego 12 i zewnętrznego pierścienia rozszerzalnego 13. Oba pierścienie 12, 13 stykają się na stożkowych powierzchniach toroidalnych 14, 15.

Podczas dociągania śruby 6 pierścień naciskowy 12 wciska się w pierścień rozszerzalny 13, przy czym poprzez stożkowe powierzchnie toroidalne 14,15 oddziałuje na pierścień 13 promieniowa składowa siły. W miarę wzrostu naprężenia pierścień 13 rozszerza się coraz bardziej, aż nakrętka 6 swoją dolną stroną 16 przylgnie do powierzchni czołowej 17 pierścienia 13. Z chwilą przylgnięcia nakrętki 6 do pierścienia rozszerzalnego 13 osiąga się pozycję końcową z niezbędnym naprężeniem.

Na figurze 1 jako element gwintowany pokazano nakrętkę 6. Jednak śruba kotwowa może być też ukształtowana tak, że trzpień kotwowy 1 wraz z główką gwintowaną 18 może stanowić jedną część, jak to przedstawiono na fig. 4. W tym przypadku stożek rozporowy 2 musiałby być połączony prętem gwintowanym z trzpieniem kotwowym 1, jak to opisano i przedstawiono na przykład w DE 23 52 810 A1.

Przedstawiony na fig. 2 element kontrolny naprężenia posiada pierścień naciskowy 22, którego obie powierzchnie czołowe 18, 19 ukształtowano jako powierzchnie cierne. Gdy elementy kontrolne naprężenia wykorzystuje się do śruby kotwowej jak na fig. 1, to powierzchnia czołowa 18 przylega do przedmiotu 11. Powierzchnia 19 styka się z nakrętką 6, gdy nakrętka 6 w stanie zamocowania osiągnie pozycję końcową. Ponieważ powierzchnię czołową 19 ukształtowano jako powierzchnię cierną, więc nakrętka 6 po zetknięciu się z tą powierzchnią cierną daje się dalej obracać tylko wyraźnie większym momentem obrotowym. Oznacza to, że można wyraźnie rozpoznać dotknięcie powierzchni 19 czyli osiągnięcie pozycji końcowej. Patrząc z boku na element kontrolny naprężenia można też łatwo stwierdzić wzrokowo osiągnięcie pozycji końcowej.

Na figurze 3 przedstawiono w widoku z góry powierzchnie czołowe 19, 20 obu pierścieni 22, 23.

W pokazanym na fig. 4 przykładzie wykonania pierścień naciskowy ukształtowano jako wieniec 21 uformowany na trzpieniu kotwowym. Pierścień rozszerzalny 13 jest taki jak na fig. 1. Trzpień kotwowy 1 posiada główkę gwintowaną 29, która podobnie jak nakrętka 6 z fig. 1 w stanie naprężenia przylega do pierścienia rozszerzalnego 13 po osiągnięciu pozycji końcowej.

W przedstawionym na fig. 5 półprzekroju widać pierścień naciskowy 32 o przekroju trapezowym, który wchodzi w mający postać V rowek 24 rozszerzalnego pierścienia 33. Dno rowka 24 utworzone jest przez wąską strefę rozciągania 25.

Na figurze 6 przestawiono wykonanie, w którym między pierścieniem naciskowym 42 i pierścieniem rozszerzalnym 43 przewidziano lepko-sprężystą masę 26, która przy dokręcaniu elementu śrubowego i związanym z tym wciskaniu pierścienia 42 może wychodzić na zewnątrz kanałem 27 przy elemencie kontrolnym naprężenia 9.

Wykonanie przedstawione na fig. 7 posiada odkształcalny pierścień rozszerzalny 53, który opasuje z zewnątrz pierścień naciskowy 52.

174 832

Na figurze 8 pierścień naciskowy 62 przylega na wieńca ścinanego 28 zewnętrznego pierścienia 63. Ścięcie tego pierścienia następuje, gdy zadziała na niego dostateczne naprężenie poprzez pierścień naciskowy 62.

We wszystkich wykonaniach powierzchnie przylgowe między dwoma pierścieniami elementu kontrolnego naprężenia mogą mieć powłokę poślizgową.

174 832

FIG. 8

28

174 832

FIG.4

174 832

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element kontrolny naprężenia śrub kotwowych i innych złączy śrubowych, umieszczony na trzpieniu śruby kotwowej pomiędzy mocowanym, zwłaszcza w ścianie, przedmiotem i ukształtowanym w postaci nakrętki lub główki elementem gwintowanym śruby kotwowej, znamienny tym, że element kontrolny naprężenia (9) składa się z nieodkształcalnego pierścienia naciskowego (12) i rozszerzalnego pierścienia (13), przy czym z powierzchni przylgowych między dwoma pierścieniami (12, 13) przynajmniej jedna przylga jest ukształtowana jako stożkowa powierzchnia toroidalna (14, 15) i promieniowa składowa siły, wytwarzanej przez element gwintowany (6), dociskający element kontrolny (9) i przenoszonej przez przylgi, rozpycha pierścień rozszerzalny (13) tak, że w pozycji końcowej elementu (6) po osiągnięciu maksymalnego względnego przesunięcia osiowego między pierścieniem naciskowym i pierścieniem rozszerzalnym element gwintowany (6) przylega do obu pierścieni (12,13).
2. 2. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia czołowa (19) pierścienia naciskowego (22), do którego przylega w pozycji końcowej element gwintowany (6), jest ukształtowana jako powierzchnia cierna.
3. 3. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień naciskowy (22) opiera się na powierzchni mocowanej przedmiotu (11) i ma zwężającą się stożkowo w kierunku elementu gwintowanego (6) powierzchnię przylgową dla pierścienia rozszerzalnego (23), przy czym obie powierzchnie czołowe (18,19) pierścienia naciskowego (22) ukształtowane są jako powierzchnie cierne.
4. 4. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że ma pierścień naciskowy (21) w postaci wieńca uformowanego na trzpieniu kotwowym (1).
5. 5. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że ma pierścień naciskowy (32) o przekroju trapezowym, który wchodzi w rowek (24) ukształtowany obwodowo na stronie czołowej pierścienia rozszerzalnego (33), tak że pierścień (33) rozszerza się promieniowo przy wciskaniu pierścienia naciskowego (32) w rowek (24).
6. 6. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie przylgowe (1/^, 15) między dwoma pierścieniami (12,13) są zaopatrzone w powłokę poślizgową.
7. 7. Element kontrolny według zastrz. 1, znamienny tym, że między pierścieniem naciskowym (42) i drugim pierścieniem (43) znajduje się lepko-sprężysta masa (26), odkształcająca się w widoczny sposób przy dokręcaniu elementu gwintowanego (6,18).