FI93671B - Laite sekä menetelmä ruuvin esijännittämiseksi - Google Patents

Description

93671

Laite sekä menetelmä ruuvin esijännittämiseksi- Anordning och metod att förspänna en skruv. 5

Keksintö koskee ruuvin tai vastaavan esijännityslaitetta, jota käytetään tekniikassa varsinkin, kun on kyseessä suurehkojen ruuvien esijännittäminen asennuksen yhteydessä.

10 Esijännittäminen on edullista suorittaa venyttämällä ruuvia tietyllä etukäteen lasketulla voimalla ennen mutterin kiinni kiertämistä. Tämän toimenpiteen suorittamiseksi on kehitetty esi-jännitystyökaluja, joista mainittakoon esimerkiksi hydrauliset esijännityslaitteet, kuten es i merk iks i ruotsalaisessa j ui kaisussa7701049-4, jossa hydraul isen pa i neen avulla venytetään ruuvia ja sen jälkeen kierretään mutteri kiinni. Kun paine poistetaan liitos kiristyy ja ruuviin 15 jää haluttu esijännitys.

Yllämainitussa tapauksessa venytys tapahtuu venytettävän ruuvin päästä, mutta usein myös ruuvin sisään porattuun reikään on sijoitettu mäntämäinen osa, jonka toiseen päähän voidaan kohdistaa hydraulinen paine. Tällöin venyttävä voima kohdistuu männän myötävaikutuksella 2 0 suoraan ruuvin päihin, joiden välillä siis myös esijännitysvenymä syntyy.

Saksalaisessa julkaisussa OS 3733243 käytetään ruuvin sisään porattuun reikään sijoitettua mäntäelementtiä, jota voidaan myös lämmittää. Joissakin tapauksissa on käytetty ruuvin sisään sijoitettua, esimerkiksi sähkövirralla lämmitettyä terässauvaa, joka siihen tuodun lämmön 25 aiheuttamalla lämpölaajenemisella venyttää esijännitettävää ruuvia.

• US patentti 4.450.616 esittää yksisuuntaisesta muistimetallista tehtyä aluslaattaa, joka on kuppimainen ja elastinen ja jonka tarkoituksena on muistimetallin faasimuutoksen jälkeen tiivistää ja varmistaa ruuvin kireys. Muotonsa puolesta ko julkaisun aluslevy ei pysty 3 0 aiheuttamaan ruuville esijännitykseen tarkoitettua venymää eikä keksintö sitä edellytäkään.

93671 2 SU patenttijulkaisu 1523761 esittää hakamaisen muistimetallityökalun, jonka avulla voidaan kaksi laippaa kiristää toisiaan vastaan ja sitten kiinnittää pulteilla toisiinsa.

Japanilainen patenttijulkaisu 60-188608 esittää muistimetalliruuvia, joka on Ni-Ti lejeeringistä 5 valmistettu ja jonka muodonmuutoslämpötilan alkupiste on ruuvin käyttölämpötilaa alempi.

Kaikki yllämainitut menetelmät vaativat monimutkaisia laitteita ja työkaluja, jotka usein on valmistettava jokaiselle ruuvikoolle erikseen tai jotka eivät, vaikka ovatkin muistimetallin käyttö-sovellutuksia, ole keksinnön piirissä.

10

Keksinnön mukaisessa ja patenttivaatimusten tunnusosassa määritellyssä esijännityslaitteessa useimmat käytössä oleviin laitteisiin liittyvät hankaluudet on poistettu ja laite sinänsä on huomattavan pienikokoinen.

15 Keksinnön mukainen laite perustuu sinänsä tunnettujen muistimetallien käyttöön. Muistimetallin kiderakenteessa tapahtuu lämpötilan vaikutuksesta faasimuutos. Ilmiötä kutsutaan marten-siittireaktioksi. Muistimetalliseoksista valmistettujen kappaleiden muotoja tilavuus ulkoisen voiman aiheuttaman muodonmuutoksen jälkeisessä kuumennuksessa suhteellisen matalaan lämpötilaan palautuvat tarkasti alkuperäiseksi. Palautuminen on täydellistä tyypillisesti 2 0 vielä 4 - 8 % muodonmuutoksen jälkeen. Martensiittireaktio käynnistyy ja tapahtuu melko kapealla, tyypillisesti noin 20 ° C asteen muutoslämpötilavälillä, joka voidaan yleensä sovittaa haluttuun kohtaan lämpötila-alueella -30.. + 100 °C. Martensiittireaktio on tietyin edellytyksin kristallograafisesti täysin palautuva. Muistimetallien muutokset eivät perustu lämpölaajenemiseen, vaan lämpötilan muutoksen käynnistämään faasimuutokseen kiderakenteessa.

2 5 Muodonmuutos tapahtuu nopeasti, kun muutoslämpötila on saavutettu. Muutoslämpötilan . alhaisuudesta johtuen lämmitettävään kappaleeseen ei tarvitse siirtää suuria lämpömääriä.

Muistimetalleja on olemassa kaksi pääryhmää, joista toisessa muisti-ilmiö on yksisuuntainen ja toisessa kaksisuuntainen. Niillä muistimetalleilla,jotka perustuvat yksisuuntaiseen muisti- 3 0 ilmiöön, tietyn muutoslämpötilan laukaisema muodonmuutos on palautumaton. Kaksisuuntaisen muisti-ilmiön tapauksessa muodonmuutos on palautuva kappaleen jäähtyessä tietyn lämpötilan 93671 3 alapuolelle. Jatkossa yksisuuntaiseen muisti-ilmiöön perustuvasta muistimetallista käytetään nimitystä yksisuuntainen muistimetalli ja kaksi-suuntaiseen muisti-ilmiöön perustuvasta muistimetallista nimitystä kaksisuuntainen muistimetalli. Samoin jatkossa käytetään yllämainituista lämpötiloista termejä ylempi muutoslämpötila ja alempi muutoslämpötila.

5

Kaksisuuntaisella muistimetallilla ylempi muutoslämpötila on tyypillisesti alueella 80 - 100 ° C, ja kappale palautuu ennalleen vasta, kun kappale jäähtyy tai jäähdytetään alempaan muutoslämpötilaan, joka on tyypillisesti -20 - + 200 C. Yllä mainittu jakso voidaan toistaa useita kertoja, jopa noin 10000 kertaa muodonmuutoksesta ja kuormituksesta riippuen.

10

Useat muistimetalliseokset kestävät plastisoitumatta ja muistiominaisuuttaan menettämättä hyvin korkeita jännityksiä, jopa 800 - 1000 N/mm2, joten tällaisestä metallista valmistettu kappale kykenee muodonmuutoksen yhteydessä tuottamaan suuria voimia.

15 Keksinnön mukaisessa, patenttivaatimusten tunnusmerkkiosassa kohdissa 1-6 määritellyssä, laitteessa sekä kohdissa 7-8 esitetyssä menetelmässä käytetään ruuvia venyttävän voiman aiheuttajana nk muistimetallin tietyllä muutoslämpötilalueella käynnistyvää faasimuutosta. Tämä aiheuttaa muistimetallikappaleeseen mittamuutoksen, jonka yhteydessä syntyvää voimaa käytetään ruuvin venyttämiseen. Kaksisuuntaisen muistimetallin muodonmuutoskyky on 2 0 tyypillisesti noin 4 %, kun taas vastaavasti teräksisestä valmistetun ruuvin esikiristysvenymä on tyypillisesti vain noin 0,2 % venymäpituudesta.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viitaten: 25 Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista ruuvin esijännittämiseen tarkoitettua laitetta, jossa esijännittäminen suoritetaan ruuvin sisälle asetetulla muistimetallipatruunalla.

Kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaista vaihtoehtoa esijännityksen suorittamiseksi muistimetallipatruunaa käyttäen ja jossa osa patruunasta on korvattu terässauvalla.

Kuvio 3 esittää kolmatta keksinnön mukaista sovellutusta, jossa muistimetallipatruuna on 30 93671 4 siirretty ruuvin reiän ulkopuolelle ja reikään on asetettu voiman välittäjäksi terässauva.

Kuvion 1 mukaisesti esikiristettävän ruuvin (1) keskiöön on porattu reikä (5), johon voidaan asettaa muistimetallipatruuna (2). Patruunan sisälle on asetettu lämmityselementti (3), joka 5 voi olla esimerkiksi sähköllä lämmitettävä sähkövastus. Ruuvin toisessa päässä, sen sisällä olevaan kierteeseen (6) voidaan kiinnittää rajoitinruuvi (4), josta jatkossa käytetään nimitystä rajoitin ja johon poratun reijän (7) kautta patruunaan (2) menevät sähköjohdot (8) kulkevat rajoittimen (4) läpi. Ruuviin (1) porattu reikä (5) ylettyy pääsääntöisesti koko sen alueen läpi, jonka tulee venyä ruuvin (1) esijännityksen aikana.

10

Laite toimii seuraavasti: Esijännitettävä ruuvi (1) asetetaan paikalleen ja muistimetallipatruuna (2) sijoitetaan ruuvin reikään (5). Rajoitin (4) kierretään kierteeseen (6) siten, että patruunan lämmityselementin (3) johdot (8) kulkevat rajoittimen (4) reijän (7) läpi. Rajoitinta sopivasti kiertämällä voidaan patruunan (2) ja rajoittimen (4) väliin jättää välys (9), joka mitoitetaan 15 siten, että muistimetallipatruunan (2) pituusmitan muutos vähennettynä välyksellä on yhtä suuri kuin ruuviin haluttu venymä. Kun lämpöelementillä (3) lämmitetään muistimetallipatruuna (2) ylempään muutoslämpötilaan, tapahtuu patruunassa muodonmuutos, joka ilmenee myös patruunan pituuden kasvuna. Tämä taas patruunan pohjan (10) ja rajoittimen (4) välityksellä venyttää ruuvia (1). Ruuvin ollessa venyneenä kierretään ruuvi tai mutteri (11) kiinni. Kun 2 0 muistimetallipatruuna (2) jäähtyy alempaan muutoslämpötilaan, palautuu se alkuperäiseen mittaansaja ruuvi (1) on esijännitetty. Rajoitin (4)japatruuna (2) voidaan nyt poistaa. Ruuvin (1) irroittaminen tapahtuu vastaavalla tavalla.

Ylläolevassa kuvauksessa ruuvi (1) lämmitetään sähkövastuksella. Ammattimiehelle on selvää, 25 että lämmitys voi tapahtua muullakin tunnetulla tavalla.

Muistimetallipatruuna (2) voidaan mitoittaa erikseen kullekin ruuvipituudelle ja voimalle, joka ruuvin (1) venytykseen tarvitaan. Käytännöllistä on kuitenkin, että patruuna on mitoitettu pituudeltaan sellaiseksi, että se riittää tietyn pituisen ruuvin venyttämiseen. Jos on 3 0 esikiristettävän ruuvin vaatima venymä on pienempi kuin muistimetallipatruuna (2) venymä, voidaan muistimetallipatruunan (2) ja rajoittimen väliin jättää välys (9), ja näin käyttää 1 · 93671 5 samaa patruunaa useamman mittaisten ruuvien esikiristämiseen. Välys voidaan mitata kiertämällä rajoitin (4) ensin kiinni ja sitten avaamalla sitä tietty kierrosmäärä tai mitata rajoittimen ulos tuleva matka jollakin tunnetulla tavalla.

5 Kuviossa 2 on esitetty toinen vaihtoehto esijännityksen suorittamiseksi. Esijännitettävän ruuvin (1) toiseen päähän tehtyyn poraukseen (6) kierretään rajoitin (4). Porauksen jatkeeseen (6a), jossaei ole kierrettä, asetetaan muistimetallipatruuna (2). Patruunasta (2) lähtee ruuvin sisään menevään poraukseen (5) sijoitettu metallisauva (12), jonka tarkoitus on välittää muistimetallipatruunan muodonmuutoksesta aiheutuva voima ruuvin (1) toiseen päähän. Laite 10 toimii samoin kuin edellä on selostettu.

Kuviossa 3 on esitetty kolmas vaihtoehto, jossa muistimetallipatruuna (2) on siirretty ruuvin reijän ulkopuolelle ja reikään on asetettu esimerkiksi terässauva (12), joka on pitempi kuin 15 ruuviin (1) porattu reikä ja on mitoitettu kestämään ruuvin (1) venyttämiseen tarvittavan voiman. Ruuvin (1) päähän sen kierteisiin on kierretty mutteri (11) ja senjälkeen kuvan 1 rajoitinta (4) vastaava rajoitinmutteri (4a), josta jatkossa käytetään yhteistä nimitystä rajoitin, ja jonka sisällä on vähintäin yksi kuvan 1 muistimetallipatruunaa (2) vastaava lieriömäinen muistimetallikappale (2a) siten, että se nojaa sauvaan (12) ja toiselta puolelta rajoittimeen 20 (4a). Muistimetallilieriön (2a) lämmittäminen ylempään muutoslämpötilaan voi tapahtua . sen sisään asetetulla lämpöelementillä tai lämpöelementti voidaan sijoittaa tilaan (13) rajoittimen sisään. Lämmitys voidaan suorittaa myös lämmittämällä rajoitinta (4a) sen ulkopuolelta, jolloin lämpö johtuu rajoitinta pitkin muistimetallilieriöön (2a) käynnistäen siinä halutun faasimuutoksen, jonka aiheuttaman muodonmuutoksen aiheuttama ruuvia (1) venyttävä voima 25 välittyy muistimetallilieriöstä (2a) rajoittimen (4a) kautta ruuvin (1) toiseen päähän sekä . sauvan (12) kautta ruuvin (1) toiseen päähän venyttäen ruuvia. Kun ruuvi on näin esijännitetty, . · kierretään mutteri (11) kiinni. Kun muistimetallilieriö (2a) on jäähdytetty tai jäähdytetään alempaan muutoslämpötilaansa se palautuu alkuperäiseen mittaansa ja esijännitysvälineet, rajoitin (4a), muistimetallilieriö (2a), mahdollinen lämpöelementti ja sauva (12) voidaan 3 0 poistaa. Ruuvin irroitus tapahtuu vastaavalla tavalla.

93671 6

Kuvan 3 mukaisessa sovellutuksessa on myös mahdollista käyttää välystä (9) jotta muistimetallipatruunan (2) tai lieriön (2a) muodonmuutos ja haluttu ruuvin venymä voidaan sovittaa toisiinsa, kuten aiemmin on selitetty.

5 Kuvan 3 mukaisessa sovellutuksessa voidaan yhden muistimetallilieriön (2a) sijasta laittaa päällekkäin myös kaksi tai useampia vastaavia tai myös eripituisia lieriöitä ja siten sovittaa näiden yhteinen muodonmuutos ruuviin (1) halutun venymän kanssa.

Mikäli laitteessa käytetään muistimetallipatruunaa (2, 2a), joka on tehty yksisuuntaisesta 10 muistimetallista, on sen poistaminen esijännityksen jälkeen vaikeaa. Jos käytetään kaksisuuntaisesta muistimetallista tehtyä patruunaa, voidaan se helposti patruunan esijännityksen jälkeen poistaa ja käyttää sitä uudelleen toisten ruuvien esijännittämiseen..

Ammattimiehelle on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa myös muiden kuin kuvioissa 15 ja selityksessä esitettyjen kiinnitysvälineiden esijännittämiseen eikä laitteen toiminnalle ole oleellista, millä tavalla lämpö tuodaan muistimetallipatruunaan.

Muistimetallit ovat yleensä metalliseoksia ja niitä tunnetaan monenlaisia esim. lisäaineilla seostettu nikkeli-titaani seos. Keksintöä ei ole rajoitettu mihinkään nykyisin tunnettuun tai 2 0 myöhemmin löydettyyn muistimetalliin.

25 30

Claims (8)

93671

1. Laite ruuvin tai vastaavan kiinnitysvälineen esijännittämiseksi, jossa laitteessa 5 esijännitettävän ruuvin (1) sisään porattuun reikään (5) reiän pohjan ja ruuvin päähän kiinnitetyn rajoittimen (4, 4a) rajaamaan tilaan on asetettu ruuvin esikiristyksen suorittava patruuna (2, 2a) ja tarvittaessa sen sauvamainen jatke (12) , tunnettu siitä, että patruuna (2, 2a) on valmistettu muistimetallista.

2. Vaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että patruuna (2a) nojaa toisesta päästään rajoittimeen (4, 4a) ja toisesta päästään patruunan jatkeena olevaan reiän pohjaan saakka ulottuvaan sauvaan (12)

3. Vaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että patruuna (2a) on rajoittimen 15 (4a) sisällä, mutta ruuvin (1) pään ulkopuolella ja nojaa toisesta päästään rajoittimeen (4a) ja toisesta päästään patruunan jatkeena olevaan, reiän (5) pohjaan saakka ulottuvaan sauvaan (12).

4. Vaatimusten 1 - 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että patruuna on tehty 20 kaksisuuntaisesta muistimetallista.

5. Vaatimusten 1 - 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että patruunaan liittyy lämmityselementti (3), johon lämpöenergia tuodaan esimerkiksi rajoittimen (4, 4a) läpi. 25

6. Vaatimusten 1 - 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että patruuna (2a) on asetettu rajoittimen (4a) suhteen siten, että lämpö voidaan johtaa patruunaan rajoittimen läpi.

7. Menetelmä, jossa kiinnityselimen, esimerkiksi ruuvin (1) esijännitys suoritetaan jännittämällä ruuvia sen sisään porattuun reikään sijoitetulla, ruuvin (1) päähän 33671 kiinnitetyn rajoittimen (4, 4a) ja reijän (5) pohjan rajaamaan tilaan asetetulla patruunalla (2, 2a) sellaisenaan tai sauvamaisen jatkeen (12) välityksellä, tunnettu siitä, että patruuna (2, 2a), joka on valmistettu kaksisuuntaisesta muistimetallista, lämmitetään sen ylempään muutoslämpötilaan, jolloin se faasimuutoksen johdosta 5 laajenee ja venyttää rajoittimen (4, 4a) ja reiän pohjan (5) välistä ruuvin (1) osaa, jolloin ruuvi (1) tai mutteri (11) voidaan kiertää kiinni ja jonka jälkeen patruunan (2,2a) annetaan jäähtyä tai se jäähdytetään alempaan muutoslämpötilaan, jolloin patruuna (2, 2a) palautuu alkuperäiseen mittaansa ja rajoitin (4, 4a), patruuna (2, 2a) ja sen mahdollinen jatke (12) sekä lämmityselementti 10 (3) voidaan poistaa.

8. Vaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruuviin (1) haluttu esijännitysvenymä ja muistimetallipatruunan (2, 2a) laajenemismuutos sovitetaan yhteen jättämällä rajoittimen (4, 4a) ja patruunan (2, 2a) tai patruunan (2, 2a) 15 ja sen jatkeen (12) väliin välys (9). 20 25 « 30 93671