膨胀螺栓以及具有这种膨胀螺栓的连接装置的制作方法

本发明涉及一种膨胀螺栓，包括

-螺栓，其具有用于将螺栓抗拉地锚固在第一安装部件上或第一安装部件之中的端侧锚固器件，该螺栓具有截头圆锥形的圆锥部段和位于螺栓的与锚固器件対置的端部部段中的螺栓螺纹部段，在所述螺栓螺纹部段上拧有螺母，

-膨胀套筒，其具有圆柱形外周面和与螺栓的圆锥部段配合作用的内轮廓，和

-支撑在第二安装部件上的张紧装置，所述张紧装置用于使膨胀套筒扩宽并且向有待彼此连接的安装部件施加轴向张紧力。

本发明还涉及一种连接装置，其包括这种膨胀螺栓和两个有待张紧的安装部件。

当要传递特别大的力时，使用膨胀螺栓进行形状配合连接，例如法兰连接。这种膨胀螺栓的一个应用领域是风力发电设备，例如用于将补偿联轴器的一侧连接到由转子驱动的驱动轴上，而将其另一侧连接到发电机轴上，后者通常通过变速器的中间连接来与发电机邻接。这种补偿联轴器用于补偿轴向、径向或角度上的轴错移。

在许多情况下，膨胀螺栓用于这种形状配合的连接，其以其螺栓嵌接在盲孔中。所述类型的膨胀螺栓包括作为锚固器件的螺栓，该螺栓可以具有螺纹部段，通过该螺纹部段将其固定在开到第一安装部件的盲孔中的内螺纹孔中。在张紧螺栓时，需要在螺栓轴向上作用的锚固力以施加期望的拉力。该螺栓具有截头圆锥形的圆锥部段，该圆锥部段作用在位于其上的、具有互补的内圆锥轮廓的膨胀套筒上。圆锥部段背离螺栓的锚定器件地缩细。因此，这种缩细朝盲孔的开口的方向进行。通过沿轴向方向相对于螺栓移动膨胀套筒使得膨胀套筒扩宽。膨胀套筒通常是开槽的。从ep2191150b1中已知这种膨胀螺栓。在该已知的膨胀螺栓中，膨胀套筒在其从安装孔伸出的部段中具有外螺纹。在与设计为螺纹部段的锚固器件対置的一端，螺栓带有螺纹部段，在该螺纹部段上拧有张紧螺母，其通常具有外部工具轮廓用于放置张紧工具。在膨胀套筒的外螺纹部段上拧有夹紧螺母。在将螺栓通过构造为螺纹部段的锚固器件固定在第一安装部件的盲孔中之后，将膨胀套筒插入安装孔中。必须注意的是，在夹紧螺母和第二安装部件的外侧之间保留间隙。然后将张紧螺母拧到螺栓螺纹部段上，直到它与膨胀套筒接触。通过进一步拧紧，在螺栓锚固在盲孔中的背景下，将膨胀套筒逆着圆锥部段以及膨胀套筒的内圆锥轮廓的朝向张紧螺栓的缩细结构压入安装孔。这导致膨胀套筒膨胀，直到上述间隙闭合为止。通过在张紧所述张紧螺母之前、在夹紧螺母和第二安装部件的外侧之间的间隙宽度能够调节径向压力，该径向压力可以通过膨胀套筒引入两个有待张紧的安装部件的、包围安装孔的壁中。在间隙闭合之后张紧螺母的进一步张紧产生在有待相互张紧的安装部件上的期望的轴向力。

例如在维护工作期间，必须松开这些膨胀螺栓。在这种已知的膨胀螺栓中需要一种拉拔工具，在移除张紧螺母之后该拉拔工具拧到张紧螺母的外螺纹上，以便能够通过取消与螺栓的圆锥部段的夹紧连接来将膨胀套筒从安装孔中拉出。在这种膨胀螺栓中需要使用拉拔工具来松开膨胀螺栓，这由于操作拉拔工具自身和同时大量要进行的操作而被认为是复杂的。为松开所需的时间非常耗时，尤其是在这种补偿联轴器中必须松开大量膨胀螺栓时。在诸如以上结合风力发电设备所描述的那些应用中，用于这种膨胀螺栓或其从安装孔突出的组成部分的安装空间通常受到限制，这附加地使拉拔工具的操作变难。

如果安装空间有限，则尤其在直径较大的膨胀螺栓中很难通过六角头螺母施加所需的张紧力，至少不能手动地施加张紧力。如上所述，液压或其他驱动式张紧工具通常不能在狭窄的安装条件下使用。

因此，在所讨论的现有技术的基础上，本发明的目的是改进一种开头所述类型的膨胀螺栓，该膨胀螺栓不仅在原理上简化了膨胀螺栓的松开，而且还简化了所述膨胀螺栓的张紧。

根据本发明，该目的通过在前述类型的膨胀螺栓来实现，其中，膨胀螺栓的圆锥部段朝向其锚固器件的方向缩细并且膨胀套筒的内圆锥轮廓在相同的方向上缩细，其中所述膨胀套筒在其与内圆锥轮廓対置的端部上具有沿径向向外突出的张紧法兰，并且其中所述张紧装置具有带有轴向贯穿口的张紧环和多个在周向上分散布置的压力螺栓，其中所述膨胀套筒穿过所述贯穿口并且允许膨胀套筒在轴向上相对张紧环可调节，并且以其张紧法兰突伸出张紧装置的包围贯穿口的边缘区域，所述压力螺栓以其螺纹与沿轴向穿过张紧环的内螺纹孔啮合，并且以其底部直接或间接地作用在第二安装部件上，以用于使膨胀套筒膨胀并且在有待相互张紧的安装部件上施加轴向张紧力。

该目的也通过具有权利要求11的特征的连接装置来实现，该连接装置包括这种膨胀螺栓。

在该膨胀螺栓中，螺栓的圆锥部段朝向其锚固器件的方向缩细。膨胀套筒的内圆锥轮廓也沿相同方向缩细。与由ep2191150b1已知的膨胀螺栓不同，膨胀螺栓因此通过对膨胀套筒施加拉力而被张紧。为此，膨胀套筒在其与内圆锥轮廓対置的端部上具有沿径向向外突出的张紧法兰。张紧装置支撑在该张紧法兰上，该张紧装置间接地或直接地作用在第二安装部件的外侧上。当中间连接压力盘(或称为压力垫圈)时，张紧装置间接作用在第二安装部件上。张紧装置本身包括带有贯穿口的张紧环。膨胀套筒穿过该贯穿口，使得膨胀套筒可以相对于张紧环沿轴向在贯穿口中移动。因此，在该膨胀螺栓中张紧装置未与膨胀套筒邻接。张紧法兰突出于张紧环的限定贯穿口的边缘区域。圆周分散布置的多个压力螺栓用于张紧所述张紧装置。它们与分别穿过张紧环的并配备内螺纹的通孔的内螺纹啮合。张紧螺栓以其底部支撑在压力盘上，或直接支撑在第二安装部件的表面上。如果张紧装置被张紧，则为张紧膨胀螺栓所需的拉力会通过张紧法兰引入膨胀套筒。即使在没有机械张紧工具的情况下，使用多个压力螺栓也允许施加最大的张紧力，因为一方面有待施加的张紧力分散到多个压力螺栓中，另一方面所需的拧紧扭矩以直径的三次方减小。

该膨胀螺栓的优点是膨胀套筒不必具有外螺纹。尤其是在具有较大直径的膨胀螺栓的情况下，外螺纹是复杂的，正如夹紧螺母中切削互补的内螺纹一样，如其在现有技术中所提供的那样。

在该膨胀螺栓中，在螺栓螺纹部段上也有螺母。但是，这不用于张紧，而是仅用于提供张紧支座，通过该张紧支座将轴向张紧力引入螺栓中。与先前已知的构造形式相反，该螺母在负载下不移动，因此不需要液压或其他驱动式工具。

在实际张紧所述张紧装置之前，将张紧装置设置为使得在膨胀套筒的张紧法兰和位于螺栓螺纹部段上的螺母之间留有间隙。该间隙宽度定义了有待引入安装孔中的径向压力，并因此限定了膨胀套筒的膨胀程度。如果在张紧所述张紧装置的过程中将膨胀套筒从安装孔中如此程度地拉出并在此过程中扩宽，使得其张紧法兰与支座螺母接触，则通过张紧装置的进一步张紧而将轴向张紧力引入螺栓中并进而引入有待相互张紧的安装部件中。

所述膨胀螺栓的松开非常容易。在第一步骤中，松开张紧装置。张紧环移离膨胀套筒的张紧法兰。随后，可以将位于螺栓螺纹部段上的螺母进一步旋紧到螺纹上并因此张紧，这导致将膨胀套筒压入安装孔，由此将膨胀套筒以其内圆锥轮廓从螺栓的圆锥部段上松开。由此解除了螺栓的圆锥部段与膨胀套筒的内圆锥轮廓之间的夹紧连接。因此在这种膨胀螺栓的技术方案中，通过将膨胀套筒沿圆锥部段的缩细方向相应地压入安装孔中，从而松开该膨胀螺栓。备选地，也可以从螺栓螺纹部段上拧下该螺母，并通过锤击将膨胀套筒捶入安装口中。如果解开膨胀套筒的外圆周表面和安装孔的壁之间的夹紧连接以及内圆锥轮廓和圆锥部段之间的内侧的夹紧连接，则可以松开螺栓在第一安装部件中或上的锚固，以便然后首先将螺栓、随后将膨胀套筒从安装孔拔出。

膨胀套筒通常是开槽的，更确切的说，具有一个或两个或更多数量的相对纵轴线径向対置的膨胀槽。根据一个实施例，膨胀套筒在其没嵌接到安装孔中的部段上设计具有更大的外径，该外径优选通过膨胀套筒增大的壁厚来提供。

下面参考附图通过示例性实施例描述本发明。在附图中：

图1以分解图的形式示出膨胀螺栓的立体图，

图2示出在张紧膨胀螺栓之前、为了张紧两个安装部件装入两个安装部件的安装孔中的膨胀螺栓，

图3示出为了张紧图2的两个安装部件张紧的膨胀螺栓。

膨胀螺栓1包括螺栓2、膨胀套筒3和张紧装置4。此外，膨胀螺栓1具有支座螺母5。螺栓2在其第一端部具有螺纹部段6，该螺纹部段在所示的实施例中用作将螺栓2固定在第一安装部件上的锚固器件。为此，第一安装部件具有盲孔，该盲孔具有相应互补的内螺纹部段。螺栓2的与螺纹部段6対置的端部设计为螺栓螺纹部段7。支座螺母5被拧到螺栓螺纹部段7上。

螺栓2在其中心部段具有圆锥部段8，圆锥部段8的长度取决于期望的径向压力和穿入或穿透有待相互连接的安装部件的装配孔的长度。圆锥部段8朝螺纹部段6的方向以很小的角度缩细。圆锥部段8通过直径略微减小的连接部段9连接至螺纹部段6，并且通过同样直径略微减小的连接部段10连接至螺栓螺纹部段7。通过改变这些连接部段的长度，膨胀螺栓能够模块化地根据应用情况适用于不同厚度的安装部件。螺栓2在螺栓螺纹部段7附近带有模制形成的六角头11，六角头11的最大直径小于螺栓2在其螺栓螺纹部段7中的直径。六角头11用作工具的作用面，该工具用于将螺栓2以其螺纹部段6固定在第一安装部件2的螺纹孔中。代替在所示的实施例中设计成六角头的工具轮廓，螺栓还可以具有不同的工具轮廓，例如四边形，或也可以是沿轴向伸入螺栓中的工具轮廓，例如内六角形轮廓等。

膨胀套筒3具有部段12，该部段的外周面具有与安装部件22中的安装孔30和安装部件21中的盲孔30的几何形状互补的几何形状。膨胀套筒3的外表面优选为圆柱形的。在部段12中开有沿膨胀套筒3的纵向延伸的膨胀槽(图中未示出)，这对于膨胀螺栓中的膨胀套筒是常见的。膨胀槽允许膨胀套筒3的部段12扩宽。膨胀套筒3围绕中央通道13。通道13在其部段12中具有内圆锥轮廓，该内圆锥轮廓设计成与螺栓2的圆锥部段8的几何形状互补。因此，膨胀套筒3的内圆锥轮廓在其部段12中朝向图1所示的膨胀套筒的下端的方向以与螺栓2的圆锥部段8相同的角度缩细。因此，膨胀套筒3的内圆锥轮廓面状地贴靠在螺栓2的圆锥部段8上。通过长度可以随应用而变化的连接部段14，膨胀套筒3可以模块化地适合于具有不同厚度的安装部件。与之邻接地，膨胀套筒3具有部段15，张紧装置4在该部段15上对中。在图1中可以看到的膨胀套筒3的上端通过沿径向伸出部段15的张紧法兰16构成。为了增加膨胀套筒3在张紧法兰16的区域中的刚度，部段15优选地具有比连接部段14和部段12的直径更大的外径。通过材料增大，膨胀套筒3在该区域内设计得更稳定，以便在施加作用在张紧法兰16上的张紧力时使膨胀套筒3在该区域内具有更高的刚性。

膨胀套筒3的通道13的内径与螺栓2的直径匹配，使得螺栓2以其螺纹部段6可以穿过膨胀套筒3，从而膨胀套筒3的部段12中的内圆锥轮廓与螺栓2的锥形部段8相接触。在所示实施例中的通道13在其部段15和张紧法兰16的区域中的直径的尺寸设计为使得螺栓2的螺栓螺纹部段7可以伸入该通道13中。

张紧装置4包括具有中央贯通口18的张紧环17，膨胀套筒3穿过该贯通口18。贯通口18的内径的尺寸设计成使得张紧装置4在膨胀套筒3的部段15上对中。在张紧环17中，多个压力螺栓19保持在相应的内螺纹部段的轴向通孔中。压力螺栓19穿过张紧环17并用其底部支撑在也设计成环的压力盘20上。如果将压力螺栓19拧入张紧环17的内螺纹部段中，则压力盘20移离张紧环17，并且因此在图1中在张紧环17的张紧环和图2中的压力盘之间的间隙变大。在附图未示出的实施例中，在张紧环的每个轴向孔中除了压力螺栓还布置有压力销(或称为推力销)，压力螺栓作用在该压力销上并且当张紧装置被张紧时作用在(支撑在相邻的安装部件的外侧上的)压力盘上。

图2示意性地示出了处于尚未张紧的位置中的膨胀螺栓1，该膨胀螺栓1安装在两个有待相互夹紧的安装部件21、22中。这些安装部件例如可以是例如联轴器的轴端。第一安装部件21具有台阶状盲孔23，在该台阶状盲孔23的直径较小的下部部段24中以与螺栓2的螺纹部段6互补的方式切割有内螺纹25。膨胀套筒3以其下侧端面贴靠在通过盲孔3的台阶状构造形成的台阶26上。在图2所示的纵向剖视图中，在膨胀套筒3的部段12中可以看到前述的内圆锥轮廓27。可以清楚地看到，螺栓2的锥形部段8和膨胀套筒3的内圆锥轮廓27朝螺栓的螺纹部段6的方向以相同的锥角缩细，并因此相互面状贴靠。两个安装部件21、22以接触面在轴向上彼此邻接。张紧装置4通过其压力盘20支撑在第二安装部件22的外表面28上。张紧环17围绕膨胀套筒3的部段15。膨胀套筒3以其部段15不与张紧环17邻接。张紧法兰16突伸出张紧环17的背离表面28的上侧29，从而张紧法兰16的面向张紧环17的底侧支承上侧29上。膨胀套筒3的张紧法兰16和张紧环17之间的重叠程度、进而沿轴向的接触面的尺寸与有待传递的拉力相适配。同样也适用于张紧法兰16的厚度设计。支座螺母5被拧到螺栓2的螺栓螺纹部段7上。

为了安装部件21、22的预期连接，膨胀螺栓1的上述各个部件如下组装，以形成形状配合的连接装置。在第一步骤中，盲孔23与贯穿第二安装部件22的安装孔30相互对准。安装孔30的直径相当于盲孔23在其直径较大的部段中的直径。然后将张紧装置4推套到膨胀套筒3的部段15上，然后将膨胀套筒3的前侧的端面穿过安装孔30直至第一安装部件21的盲孔23的台阶26。结果，两个安装部件21、22相对于彼此的位置固定在它们的接触表面的平面中。随后，将螺栓2以其螺纹部段6插入膨胀套筒3的通道13中，直到螺纹部段6与盲孔23的内螺纹25接触。然后将螺纹部段6拧入内螺纹25中以产生与第一安装部件21的抗拉连接。为此目的，通常是操作放置在螺栓2的六角头11上的工具。拧入螺栓2直至螺栓2的圆锥部段无负荷地触及膨胀套筒3的内圆锥轮廓27。然后螺栓以预设的转角回转，使得由于螺纹部段6的螺距膨胀套筒3产生定义的轴向间隙。此轴向间隙对于以后松开膨胀螺栓1(如果期望)是适宜的。现在，支座螺母5拧到螺栓2上使得在支座螺母5的面向张紧法兰16的侧面与张紧法兰16的上侧29之间保持一定的间隙。该间隙的宽度定义了轴向运动位移，膨胀套筒以其带有内圆锥轮廓27的部段12在所述轴向运动位移加上预先设定的轴向间隙上可以膨胀。

为了张紧膨胀螺栓1，手动或用适当的张紧工具张紧压力螺栓19，结果是，张紧环17移离压力盘16。由于张紧法兰16突出到张紧环17的上侧29，在该移动过程中膨胀套筒3从安装环30拉出。由于螺栓2以其螺纹部段6锚固在内螺纹25中，因此内螺纹保持位置固定。由于膨胀套筒3和螺栓2之间的这种相对运动，膨胀套筒3通过其与圆锥部段8的接触而在径向方向上膨胀，以便以这种方式将期望的径向压力引入孔23、30的壁中。当张紧装置4被张紧时，膨胀套筒3的运动在图2中以加粗箭头示出。

一旦张紧法兰16抵靠在支座螺母5的底侧上，膨胀套筒3的膨胀运动结束。该张紧位置在图3中示出。膨胀套筒3通过前述过程的运动也可以通过膨胀套筒3的下端面与台阶26之间的距离识别出。然而，当张紧法兰16抵靠在邻接螺母5的底侧时，张紧过程尚未完成。压力螺栓19的进一步张紧使得连接装置(其由膨胀螺栓1和两个安装部件21、22构成)轴向张紧。因此，两个安装部件21、22在轴向上相互张紧。当压力螺栓19已经以预定扭矩张紧时，张紧过程结束。

在要再次松开上述连接装置的情况中，在第一步骤中通过松开压力螺栓19来松开张紧装置4。张紧环17由此朝压力盘20的方向移动。为了取消螺栓2的圆锥部段8与膨胀套筒3的内圆锥轮廓27之间的夹紧连接，可以将支座螺母5进一步拧到螺纹部段7上，从而将膨胀套筒3压入安装孔30或盲孔23中，直到膨胀套筒3由于最初设定的轴向间隙而无负荷为止。为此，螺栓2形成支座，螺栓2的螺栓螺纹部段7与支座螺母5啮合。如果松开夹紧连接，则螺栓2以其螺纹部段6从第一安装部件21的内螺纹25中拧出。

连接装置的松开也可以这样进行，使得在松开张紧装置4之后，支座螺母5从螺栓螺纹部段7拧出并且膨胀套筒3通过指向张紧法兰16的上侧的锤击而被捶入安装孔30和盲孔23中。

如果担心螺栓螺纹部段7上的支座螺母5由于腐蚀等原因在松开时不再能够移动，则螺栓螺纹部段7可以设计得略微更长一些，用来为连接拉拔器提供螺纹部段。这种拉拔器具有螺母体，该螺母体具有带内螺纹的中央通道，该内螺纹可以拧到延长的螺栓螺纹部段7上。该螺母体中，多个压力螺栓类似于在张紧装置4中的情况保持分别在内螺纹中。这些压力螺栓布置为，使得它们经过支座螺母5的工具表面地、支撑在张紧法兰16的面向支座螺母5的上侧29上。当操纵这些压力螺栓时，将膨胀套筒3压入安装孔30中并且相应地压入盲孔23中，以便解开先前在张紧膨胀螺栓时产生的摩擦连接。由此支座螺母5也变得无负荷，因此该支座螺母5现在可以更容易地松开。

本发明已经借助实施例被说明。在不脱离适用权利要求的范围的情况下，对于本领域技术人员而言，存在许多其他可行方案来实现本发明，而不必在这些实施例的范围内对其进行详细说明。

附图标记清单

1膨胀螺栓

2螺栓

3膨胀套筒

4张紧装置

5支座螺母

6螺纹部段

7螺栓螺纹部段

8圆锥部段

9连接部段

10连接部段

11六角头

12部段

13通道

14连接部段

15部段

16张紧法兰

17张紧盘

18贯通口

19压力螺栓

20压力盘

21安装部件

22安装部件

23盲孔

24部段

25内螺纹

26台阶

27内圆锥轮廓

28表面

29上侧

30安装孔