螺栓預載檢查系統的製作方法
2023-05-14 18:04:41 1
專利名稱：螺栓預載檢查系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的螺栓系統。此夕卜，本發明涉及指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的方法。
背景技術：
通常，螺栓被用於將物體(例如板)固定到另一物體。為了牢固地固定物體，預載必須被施加到螺栓和物體。隨時間流逝，這樣的螺栓系統的預載減小，從而螺栓聯結系統會鬆弛。這種情況產生的原因在於物體和螺栓的材料性質例如由於溫度變化、振動、壓縮和/或彈性變形等原因而變化。在常規螺栓系統中，彈簧墊圈被應用在螺栓頭和物體之間以便確保螺栓被緊固到物體時具有足夠的預載。彈簧墊圈在多方面是公知的，包括單盤簧和多盤簧墊圈。彈簧墊圈的狀態指示出螺栓預載水平。具體而言，當彈簧墊圈相對於螺栓可自由運動時，沒有預載被施加於螺栓和物體。當彈簧墊圈部分壓縮時，基本均一的預載水平被施加於螺栓。當彈簧墊圈被完全壓縮時，進一步緊固螺栓將導致螺栓上的預載成比例增加。此外，轉矩扳手的使用可以被用於常規系統以便測量螺栓預載並且確保正確預載被應用到螺栓。此外，千分尺是公知的，用於測量由於預載而導致的螺栓變形。此外，在常規螺栓系統中，使用所謂的螺栓延長器。這樣的螺栓系統包括被引入到螺栓頭和要被固定的物體之間的套管。當螺栓被緊固時，預載被施加到螺栓。套管將預載傳遞給由螺栓固定的物體。因而，套管可因為所施加的預載而彈性變形。套管確保了預載被保持，因為套管將通過其彈性來吸收預載變化，即使螺栓或物體的機械性質例如因為溫度變化、振動、壓縮和/或變形等而隨時間變化。當套管可運動時，不足的預載被施加於螺栓。
發明內容
本發明的目標可以是提供指示螺栓預載水平的更加具體的指示系統。這個目標可通過根據獨立權利要求所述的用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的螺栓系統以及通過用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的方法來實現。根據本發明的第一方面，提供了用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的螺栓系統。該螺栓系統包括具有螺栓頭的螺栓、第一套管和第二套管。第一套管在螺栓頭和物體之間被附連到螺栓。第二套管在螺栓頭和物體之間被附連到螺栓。第一套管是內套管並且第二套管是圍繞第一套管裝配的外套管。一個套管長於另一套管。當預載低於最大值時，較長套管在螺栓頭和物體之間傳遞預載。當預載高於最大值時，較長套管被壓縮成使得兩個套管均在螺栓頭和物體之間傳遞預載。因此，當預載高於最大值且預載被兩個套管傳遞時，兩個套管均被夾持在螺栓頭和物體之間。當兩個套管均被夾持在螺栓頭和物體之間時，兩個套管相對彼此不可運動，從
4而由被夾持套管所實現的預載傳遞指示出預載超出了最大值。例如，當預載高於最大值時，較長套管被壓縮成使得套管的長度相等。具體而言， 當預載高於最大值時，兩個套管的長度可以仍是不同的，但是兩個套管直接或間接接觸螺栓頭和物體以便傳遞預載。能夠通過在物體和相應套管之間插入法蘭或墊圈來實現間接接觸。根據本發明的另一方面，提供用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的方法。根據該方法，第一套管和第二套管在螺栓頭和物體之間被附連到螺栓，其中第一套管是內套管並且第二套管是圍繞第一套管裝配的外套管，並且其中一個套管長於另一套管。此外，當預載低於最大值時，在螺栓頭和物體之間的預載由較長套管傳遞。當預載高於最大值時較長套管被壓縮(例如被壓縮成使得兩個套管的長度相等)，使得兩個套管均在螺栓頭和物體之間傳遞預載。術語「螺栓頭」指代螺栓的與螺栓(即螺栓杆)一體成型的部分。附加地或可替代地，螺栓頭可以由單獨螺母或墊圈形成，其中套管被附連在螺母和/或墊圈和要被固定的物體之間。螺栓還可以包括相對於螺栓頭在相對端部分上的螺紋(winding)。藉助於螺紋， 螺栓可以被擰緊到物體的對應螺紋中。此外，螺栓可以被插入通過物體的孔，其中螺母可以被擰緊以便向螺栓系統和物體施加預載。此外，螺栓可以被壓配合連接到物體的對應孔，以便通過將螺栓錘擊到孔內從而將預載施加到螺栓系統和物體。套管的長度相對螺栓的延伸方向被限定，具體地相對於螺栓杆的延伸方向被限定。換言之，套管的長度由各套管沿螺栓中心軸線的尺寸限定。例如，較長套管與另一較短套管相比沿螺栓中心軸線包括更長長度。物體可以包括一個單個物品或通過上述螺栓系統固定的多個物品。藉助於上述螺栓系統和上述方法，提供了用於指示螺栓系統和物體的預載水平的指示件。具體而言，可以通過測量螺栓系統的較長套管的壓縮狀態來測量所施加的預載。具體而言，當螺栓被緊固到物體時，在第一狀態下，第一套管和第二套管鬆弛且相對於螺栓可運動。這指示出沒有預載從螺栓傳遞給物體。在下一狀態，當預載包括在最大和最小預載之間的值時，較長套管被夾持在螺栓頭和物體之間。這在操作者碰觸較長套管且試圖移動較長套管時可被容易地檢查。如果較長套管相對於螺栓和另一套管不可運動，且較短套管相對於較長套管和螺栓保持可運動，則指示出預載處於最大和最小值之間。之後，在進一步的狀態，較長套管被預載壓縮直到兩個套管均將預載從螺栓頭傳遞到物體，從而兩個套管相對於螺栓均不可運動。這指示出預載超過了最大值，從而操作者知道被施加在螺栓系統上的預載過大且螺栓應該被放鬆。因此，通過上述發明，實現了簡單但更準確的用於螺栓連接的指示系統。例如不必須使用複雜且昂貴的傳感器元件。此外，不僅能夠測量螺栓系統的兩種狀態，具體地指狀態 「無預載」和「預載」，還能夠額外地指示出狀態「預載超過最大值」。因此，在暴露於嚴酷環境條件下的機械系統(例如在風力渦輪機中)中，上述螺栓系統由於其簡單構造而具有高可靠度，其中嚴酷環境條件例如大的溫度變化、腐蝕環境等。根據螺栓系統的另一示例性實施例，較長套管包括彈性特徵，彈性特徵被限定成使得第一套管在傳遞預載最大值時該第一套管的長度可被限定。彈性特徵可以通過例如選擇套管的材料、尺寸以及通過特定合金來調節。換言之，在預載最大值時套管的長度是其彈性特徵(例如彈性模量)的函數。為此，螺栓系統可以適用於應該從螺栓被傳遞到要被固定的物體的所需預載。此外，套管可以被設計成可互換，以便一個螺栓系統可以相對於應該被施加在螺栓和物體之間的所需最大預載而適用於不同條件。根據另一示例性實施例，第一套管相對於第二套管是較長套管。通過所述示例性實施例，第一套管被附連到螺栓，並且作為較短套管的第二套管圍繞第一套管被附連。因此，操作者可以簡單地通過移動第一套管和第二套管而容易地控制預載狀態。如上所述，如果第一套管和第二套管被放鬆，則螺栓不向物體傳遞預載。當僅第二套管可運動且第一套管被固定時，正確預載被施加在螺栓和物體之間。如果兩個套管相對於螺栓均不可運動，則螺栓被擰得過緊，從而過大預載被施加並且預載超過了最大值。具體而言，第二套管可滑動地附連於第一套管。如果第一套管所傳遞的預載的值低於最大值，則第二套管相對於第一套管可滑動。此外，如果第一套管和第二套管所傳遞的預載的值高於最大值，則第二套管相對於第一套管不可運動。根據另一示例性實施例，第一套管和第二套管可鄰抵在物體上。在本示例性實施例中，預載通過套管且不插入附加部件而直接從螺栓傳遞到物體。因此，可以實現更輕質且更經濟的螺栓系統。根據另一示例性實施例，第一套管包括法蘭，其中法蘭可鄰抵在物體上。第二套管可鄰抵於法蘭和螺栓頭。法蘭構建了第二套管的底座。因此，當第二套管傳遞預載時，預載從第二套管經過第一套管的法蘭被間接傳遞給物體。通過這種示例性實施例，可以實現更和緩的螺栓系統，具體地當第二套管由具有比第一套管的材料更剛性且更硬的材料設計而成時。此外，通過提供具有較大底座面積的法蘭，底座應力被減小，因為預載經過這個較大法蘭面積被傳遞給物體。具體而言，甚至在大預載情況下，與第一套管相比第二套管可以被形成為非常硬且不可壓縮，從而通過上述法蘭，相對於物體減小了底座應力，從而減小了物體損壞的風險。根據另一示例性實施例，螺栓系統還包括彈簧墊圈。彈簧墊圈被附連到第一套管， 其中彈簧墊圈適於將預定預載值傳遞給第二套管。通過彈簧墊圈可以更精確地確定被傳遞到第二套管的預載量。具體而言，只要彈簧墊圈不被最大壓縮，則第二套管就不被夾持成相對於螺栓不可運動。根據另一示例性實施例，第一套管包括溝槽，彈簧墊圈附連於該溝槽。如果彈簧墊圈附連於這種溝槽，則可以減小彈簧墊圈滑脫的風險。根據另一示例性實施例，螺栓系統還包括中間套管。中間套管圍繞第一套管裝配， 並且第二套管圍繞中間套管裝配。當預載低於中間值時第一套管適於在螺栓頭和物體之間傳遞預載，具體地中間套管不傳遞預載。當預載高於中間值時，第一套管被壓縮成使得第一套管和中間套管均在螺栓頭和物體之間傳遞預載，從而由中間套管實現的預載傳遞指示出預載超過了中間值。具體而言，第一套管的第一長度可以長於中間套管的中間長度。於是，如果預載超過中間值，則第一套管被壓縮成使得第一套管的第一長度等於中間套管的中間長度。通過將中間套管放置在第一套管和第二套管之間，可以實現針對作用在螺栓系統上的預載更加具體的指示系統。具體而言，通過預定長度和/或通過預定材料特徵(例如彈性模量)可以設定預定中間值，在該預定中間值時中間套管額外地傳遞一部分預載。之後， 中間套管相對於第一套管不可運動，並且中間套管的不可運動性指示了操作者高於中間值的預載被施加且被螺栓系統傳遞。具體而言，中間值限定了在狀態「不傳遞預載」和狀態「預載最大值」之間的預載值。根據另一示例性實施例，螺栓系統包括多個中間套管。通過在第一套管和第二套管之間插入多個不同中間套管，可以由操作者指示出多個預定中間值。因此，實現了針對螺栓系統上的被施加預載的簡單且具體的指示系統。在本發明的示例性實施例中，套管的長度可以近似是螺栓直徑的兩倍或三倍。螺栓的直徑可以具有常規尺寸，例如Ml至M60 (根據ISO公制螺紋)。具體而言，上述螺栓系統可以被應用於大型機械系統，例如風力渦輪機，其中螺栓可以具有M30至M50的直徑尺寸。因此，套管可以具有近似60mm至IOOmm (毫米)的長度。根據預載的所需和預定最大值或中間值，可以為套管選擇具有適當彈性模量的適當材料。例如，套管可以由具有近似 210. OOOMPa (兆帕斯卡)彈性模量的鋼製成。應該注意到，已經參考不同主題描述了本發明的實施例。具體而言，已經參考產品權利要求描述了一些實施例，而參考方法權利要求描述了另一些實施例。不過，除非另有提示，本領域的技術人員將從上述和下述描述中得出，除了屬於一種主題類型的特徵的任意組合之外，涉及不同主題的特徵之間的任意組合，具體是產品權利要求的特徵和方法權利要求的特徵之間的任意組合，也被認為被本申請所公開。
從下文描述的實施例示例可以顯而易見到本發明的上述方面和其他方面，並且參考實施例示例解釋了各方面。在下文將參考實施例的示例更加具體地描述本發明，不過本發明不限於這些示例。圖1示出了根據本發明的示例性實施例的螺栓系統；以及
圖2示出了根據本發明的示例性實施例的具有彈簧墊圈的螺栓系統。
具體實施例方式附圖中的圖示是示意性的。應該注意，在不同附圖中，類似或相同元件具有相同附圖標記。圖1示出了用於指示可連接到要被固定的物體104的螺栓103上的預載水平的螺栓系統100。螺栓系統100包括具有螺栓頭105的螺栓103。第一套管101在螺栓頭105 和物體104之間附連到螺栓103。第二套管102在在螺栓頭105和物體104之間附連到螺栓103。第一套管101是內套管，且第二套管102是圍繞第一套管101裝配的外套管。套管101 ；102中的一個可以比套管102 ；101中的另一個更長。當預載低於最大值時，較長套管101 ；102在螺栓頭105和物體104之間傳遞預載。當預載高於最大值時，較長套管101 ； 102被壓縮成使得兩個套管101、102均在螺栓頭105和物體104之間傳遞預載。螺栓頭105可以是螺栓103的一體部分。此外，螺栓頭105可以是螺栓103的獨立部分，例如被放在螺栓103上的墊圈或螺母。當預載高於最大值且較長套管101 ； 102被壓縮成使得兩個套管101、102均在螺栓頭105和物體104之間傳遞預載時，較短套管102 ；101所實現的預載傳遞指示出預載超過
了最大值。圖1示出的實施例包括比外部第二套管102更長的內部第一套管101。當預載值低於預定最大值時較長的第一套管101傳遞預載。當預載的最大值被超出時，第一套管101 被壓縮成使得套管101沿螺栓103的長度被壓縮了距離dx。之後，兩個套管101和102均從螺栓頭105向物體104傳遞預載。操作者識別出對於預載的最大值的傳遞，因為第二套管102被夾持在螺栓頭105 和物體104之間以便傳遞部分預載，因此第二套管102相對於第一套管101不再可運動。 如果第二套管102相對於第一套管101可運動，則操作者識別出預載在螺栓頭105和物體 104之間傳遞，其中被傳遞的預載低於預載最大值。如果第一套管101和第二套管102相對於螺栓103可運動，則操作者識別出不傳遞預載，從而操作者必須相對於物體104緊固螺栓 103以便提供正確預載。物體104可以包括一個板狀元件，螺栓103可以在預定預載下被附連到該板狀元件。此外，物體104可以包括應該由螺栓系統100固定在一起的兩個或更多個元件。物體 104中的一個可以包括螺紋，具有對應螺紋的螺栓103可以被擰入其中。如圖1所示，物體 104可以包括通孔，其中在螺栓103的相對於螺栓頭105的相對側上，可以擰上螺母，以便將物體104夾持在螺母106、套管101、102和螺栓頭105之間。用於指示被傳遞預載的套管 101、102可以被插在螺栓頭105和物體104之間，如圖1所示，不過可替代地可以被插在螺母106和物體104之間或者兩個物體104本身之間。圖2示出了螺栓系統100，其中彈簧墊圈202被附連在第一套管101和第二套管 102之間。為了更好地固定在第一套管101上，彈簧墊圈202可以位於第一套管101的溝槽 203內。彈簧墊圈202可以以如下方式被附連到第一套管101，即使得彈簧墊圈202被置於溝槽203內，以便彈簧墊圈202適於將彈簧力傳遞到溝槽203內部第一套管101的側壁(如圖2所示)。可替代地，彈簧墊圈202可以附連在第一套管101和第二套管102之間，其中彈簧負載被傳遞到第一套管101和第二套管102。當相對於物體104緊固螺栓103時，第一套管101將被壓縮，其中壓縮量是所施加預載和第一套管101的彈性模量的函數。為了改變第一套管的壓縮長度，彈簧墊圈202可以被附連。只要彈簧墊圈202沒有被最大壓縮，則預載就不被完全傳遞到第二套管102，並且第二套管102仍可以相對於第一套管101由操作者旋轉。如果彈簧墊圈202被預載最大壓縮並且第一套管101也被壓縮，則更大預載被傳遞到第二套管102，使得第二套管102不可運動。彈簧墊圈202被可拆卸地固定到螺栓103。此外，可以預先限定彈簧202的彈性和彈簧力。因此，如果需要為預載設定不同最大值，則可以簡單地將具有不同彈簧力和彈性特徵的彈簧墊圈置於螺栓103上。因此，利用簡易的機構，螺栓系統100可以適用於預載最大值的所需值。螺栓系統100因此可以被靈活適用於不同的安裝位置。此外，圖2示出了包括法蘭201的第一套管101。法蘭201可以徑向向外(如圖2 所示)或徑向向內延伸。第二套管102可以裝配到第一套管101，其中第二套管102的一端鄰抵於法蘭201上。因此，第二套管102和物體104之間沒有直接接觸。此外，法蘭201可以在第一套管101和第二套管102之間相對於物體104產生較大接觸面積，以便實現更柔緩的預載力傳遞。在下文中，當將螺栓103緊固於物體104時，螺栓103的張緊將提供下述多種狀態
開始時，螺栓103沒有被足夠緊固以便將預載傳遞到內部第一套管101。在這個階段， 內部第一套管101和外部第二套管102均相對於螺栓103可自由運動或旋轉。之後，螺栓103被緊固以便將預載傳遞到內部第一套管101。通過對於內部第一套管101的材料的預定選擇，第一套管101將相對於螺栓103沿其縱向方向與施加在螺栓103 上的應用預載成比例地被壓縮。因而，彈簧墊圈202可以被壓抵於溝槽203的兩個側壁或被壓在第一套管101和第二套管102之間。在這個階段，第二套管102仍可以由操作者相對於螺栓103旋轉。第二套管102可以自由地旋轉或者在彈簧墊圈202的彈簧負載所導致的阻力的情況下旋轉。只要彈簧墊圈202沒有被最大壓縮，則第二套管102就可相對於螺栓103旋轉。最後，當螺栓103被充分緊固以使得第一套管101傳遞的預載導致第一套管101 的縱向壓縮從而使得彈簧墊圈202被最大壓縮時，進一步緊固螺栓以及進一步的預載經由彈簧墊圈202被傳遞到第二套管102。因此，第一套管101和第二套管102均將預載從螺栓頭105傳遞到物體104。此外，其他中間套管可以被插在第一套管101和第二套管102之間，以便也指示出預載的中間值。應該注意到，術語「包括」不排除其他元件或步驟，並且「一」或「一種」不排除多個。而且，與不同實施例相關的元件可以相結合。還應該注意到，權利要求中的附圖標記不意味著限制權利要求的範圍。
權利要求
1.一種用於指示可連接到要被固定的物體(104)的螺栓(103)的預載水平的螺栓系統(100)，該螺栓系統(100)包括具有螺栓頭(105)的所述螺栓(103)，在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間被附連到所述螺栓(103)的第一套管(101)，以及在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間被附連到所述螺栓(103)的第二套管(102)，其中所述第一套管(101)是內套管並且所述第二套管(102)是圍繞所述第一套管(101)裝配的外套管，其中一個套管(101 ；102)長於另一套管(102 ；101)，其中，當預載低於最大值時，較長套管(101 ；102)在所述螺栓頭(105)和所述物體 (104)之間傳遞所述預載，以及其中，當所述預載高於所述最大值時，較長套管(101 ；102)被壓縮成使得兩個套管 (101，102)均在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間傳遞所述預載。
2.根據權利要求1所述的螺栓系統(100)，其中所述較長套管(101 ；102)包括彈性特徵，所述彈性特徵被限定成使得當所述第一套管(101)傳遞所述預載的所述最大值時該第一套管(101)的長度可被限定。
3.根據權利要求1或2所述的螺栓系統(100)，其中所述第一套管(101)相對於所述第二套管(102)是所述較長套管。
4.根據權利要求3所述的螺栓系統(100)，其中所述第二套管(102)可滑動地附連於所述第一套管(101 )， 其中如果所述第一套管(101)傳遞的所述預載的值低於所述最大值，則所述第二套管(102)相對於所述第一套管(101)可滑動，以及其中如果所述第一套管(101)和所述第二套管(102)傳遞的所述預載的值高於所述最大值，則所述第二套管(102)相對於所述第一套管(101)不可運動。
5.根據權利要求3或4所述的螺栓系統(100)，其中所述第一套管(101)和所述第二套管(102)可鄰抵在所述物體(104)上。
6.根據權利要求3或4所述的螺栓系統(100)，其中所述第一套管(101)包括法蘭(201)，其中所述法蘭(201)可鄰抵在所述物體 (104)上，其中所述第二套管(102 )可鄰抵於所述法蘭(201)和所述螺栓頭(105 )。
7.根據權利要求3至6中一項權利要求所述的螺栓系統(100)，還包括彈簧墊圈(202)，其中所述彈簧墊圈(202)被附連於所述第一套管(101)，其中所述彈簧墊圈(202)適於將所述預載的預定值傳遞到所述第二套管(102)。
8.根據權利要求7所述的螺栓系統(100)，其中所述第一套管(101)包括溝槽(203)，所述彈簧墊圈(202)附連於該溝槽(203)。
9.根據權利要求1至8中一項權利要求所述的螺栓系統(100)，還包括中間套管，其中該中間套管圍繞所述第一套管(101)裝配，並且所述第二套管(102)圍繞所述中間套管裝配，其中，當所述預載低於中間值時，所述第一套管(101)在所述螺栓頭(105)和所述物體 (104)之間傳遞所述預載，並且其中，當所述預載高於所述中間值時，所述第一套管被壓縮成使得所述第一套管(101) 和所述中間套管均在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間傳遞所述預載，從而由所述中間套管實現的預載傳遞指示出所述預載超過所述中間值。
10.根據權利要求9所述的螺栓系統(100)，還包括多個中間套管。
11.一種用於指示可連接到要被固定的物體(104)的螺栓(103)的預載水平的方法，該方法包括將第一套管(101)和第二套管(102)在螺栓頭(105)和所述物體(104)之間附連到所述螺栓(103)，其中所述第一套管(101)是內套管並且所述第二套管(102)是圍繞所述第一套管(101)裝配的外套管，並且其中一個套管(101 ;102)長於另一套管(102 ;101 )，當預載低於最大值時，由較長套管(101 ； 102)在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間傳遞所述預載，以及當所述預載高於所述最大值時，壓縮所述較長套管(101 ；102)以使得兩個套管(101， 102)均在所述螺栓頭(105)和所述物體(104)之間傳遞所述預載。
全文摘要
本發明涉及螺栓預載檢查系統，具體涉及用於指示可連接到要被固定的物體的螺栓的預載水平的螺栓系統。該螺栓系統包括具有螺栓頭的所述螺栓、在所述螺栓頭和所述物體之間被附連到所述螺栓的第一套管以及在所述螺栓頭和所述物體之間被附連到所述螺栓的第二套管。所述第一套管是內套管並且所述第二套管是圍繞所述第一套管裝配的外套管。一個套管長於另一套管。當預載低於最大值時，較長套管在所述螺栓頭和所述物體之間傳遞所述預載。當所述預載高於所述最大值時，較長套管被壓縮成使得兩個套管均在所述螺栓頭和所述物體之間傳遞所述預載。
文檔編號F16B35/00GK102536995SQ20111029219
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者C.勞爾森, H.斯蒂斯達爾 申請人:西門子公司