专利名称：螺栓预载检查系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的螺栓系统。此夕卜，本发明涉及指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的方法。
背景技术：
通常，螺栓被用于将物体(例如板)固定到另一物体。为了牢固地固定物体，预载必须被施加到螺栓和物体。随时间流逝，这样的螺栓系统的预载减小，从而螺栓联结系统会松弛。这种情况产生的原因在于物体和螺栓的材料性质例如由于温度变化、振动、压缩和/或弹性变形等原因而变化。在常规螺栓系统中，弹簧垫圈被应用在螺栓头和物体之间以便确保螺栓被紧固到物体时具有足够的预载。弹簧垫圈在多方面是公知的，包括单盘簧和多盘簧垫圈。弹簧垫圈的状态指示出螺栓预载水平。具体而言，当弹簧垫圈相对于螺栓可自由运动时，没有预载被施加于螺栓和物体。当弹簧垫圈部分压缩时，基本均一的预载水平被施加于螺栓。当弹簧垫圈被完全压缩时，进一步紧固螺栓将导致螺栓上的预载成比例增加。此外，转矩扳手的使用可以被用于常规系统以便测量螺栓预载并且确保正确预载被应用到螺栓。此外，千分尺是公知的，用于测量由于预载而导致的螺栓变形。此外，在常规螺栓系统中，使用所谓的螺栓延长器。这样的螺栓系统包括被引入到螺栓头和要被固定的物体之间的套管。当螺栓被紧固时，预载被施加到螺栓。套管将预载传递给由螺栓固定的物体。因而，套管可因为所施加的预载而弹性变形。套管确保了预载被保持，因为套管将通过其弹性来吸收预载变化，即使螺栓或物体的机械性质例如因为温度变化、振动、压缩和/或变形等而随时间变化。当套管可运动时，不足的预载被施加于螺栓。
发明内容
本发明的目标可以是提供指示螺栓预载水平的更加具体的指示系统。这个目标可通过根据独立权利要求所述的用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的螺栓系统以及通过用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的方法来实现。根据本发明的第一方面，提供了用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的螺栓系统。该螺栓系统包括具有螺栓头的螺栓、第一套管和第二套管。第一套管在螺栓头和物体之间被附连到螺栓。第二套管在螺栓头和物体之间被附连到螺栓。第一套管是内套管并且第二套管是围绕第一套管装配的外套管。一个套管长于另一套管。当预载低于最大值时，较长套管在螺栓头和物体之间传递预载。当预载高于最大值时，较长套管被压缩成使得两个套管均在螺栓头和物体之间传递预载。因此，当预载高于最大值且预载被两个套管传递时，两个套管均被夹持在螺栓头和物体之间。当两个套管均被夹持在螺栓头和物体之间时，两个套管相对彼此不可运动，从
4而由被夹持套管所实现的预载传递指示出预载超出了最大值。例如，当预载高于最大值时，较长套管被压缩成使得套管的长度相等。具体而言， 当预载高于最大值时，两个套管的长度可以仍是不同的，但是两个套管直接或间接接触螺栓头和物体以便传递预载。能够通过在物体和相应套管之间插入法兰或垫圈来实现间接接触。根据本发明的另一方面，提供用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的方法。根据该方法，第一套管和第二套管在螺栓头和物体之间被附连到螺栓，其中第一套管是内套管并且第二套管是围绕第一套管装配的外套管，并且其中一个套管长于另一套管。此外，当预载低于最大值时，在螺栓头和物体之间的预载由较长套管传递。当预载高于最大值时较长套管被压缩(例如被压缩成使得两个套管的长度相等)，使得两个套管均在螺栓头和物体之间传递预载。术语“螺栓头”指代螺栓的与螺栓(即螺栓杆)一体成型的部分。附加地或可替代地，螺栓头可以由单独螺母或垫圈形成，其中套管被附连在螺母和/或垫圈和要被固定的物体之间。螺栓还可以包括相对于螺栓头在相对端部分上的螺纹(winding)。借助于螺纹， 螺栓可以被拧紧到物体的对应螺纹中。此外，螺栓可以被插入通过物体的孔，其中螺母可以被拧紧以便向螺栓系统和物体施加预载。此外，螺栓可以被压配合连接到物体的对应孔，以便通过将螺栓锤击到孔内从而将预载施加到螺栓系统和物体。套管的长度相对螺栓的延伸方向被限定，具体地相对于螺栓杆的延伸方向被限定。换言之，套管的长度由各套管沿螺栓中心轴线的尺寸限定。例如，较长套管与另一较短套管相比沿螺栓中心轴线包括更长长度。物体可以包括一个单个物品或通过上述螺栓系统固定的多个物品。借助于上述螺栓系统和上述方法，提供了用于指示螺栓系统和物体的预载水平的指示件。具体而言，可以通过测量螺栓系统的较长套管的压缩状态来测量所施加的预载。具体而言，当螺栓被紧固到物体时，在第一状态下，第一套管和第二套管松弛且相对于螺栓可运动。这指示出没有预载从螺栓传递给物体。在下一状态，当预载包括在最大和最小预载之间的值时，较长套管被夹持在螺栓头和物体之间。这在操作者碰触较长套管且试图移动较长套管时可被容易地检查。如果较长套管相对于螺栓和另一套管不可运动，且较短套管相对于较长套管和螺栓保持可运动，则指示出预载处于最大和最小值之间。之后，在进一步的状态，较长套管被预载压缩直到两个套管均将预载从螺栓头传递到物体，从而两个套管相对于螺栓均不可运动。这指示出预载超过了最大值，从而操作者知道被施加在螺栓系统上的预载过大且螺栓应该被放松。因此，通过上述发明，实现了简单但更准确的用于螺栓连接的指示系统。例如不必须使用复杂且昂贵的传感器元件。此外，不仅能够测量螺栓系统的两种状态，具体地指状态 “无预载”和“预载”，还能够额外地指示出状态“预载超过最大值”。因此，在暴露于严酷环境条件下的机械系统(例如在风力涡轮机中)中，上述螺栓系统由于其简单构造而具有高可靠度，其中严酷环境条件例如大的温度变化、腐蚀环境等。根据螺栓系统的另一示例性实施例，较长套管包括弹性特征，弹性特征被限定成使得第一套管在传递预载最大值时该第一套管的长度可被限定。弹性特征可以通过例如选择套管的材料、尺寸以及通过特定合金来调节。换言之，在预载最大值时套管的长度是其弹性特征(例如弹性模量)的函数。为此，螺栓系统可以适用于应该从螺栓被传递到要被固定的物体的所需预载。此外，套管可以被设计成可互换，以便一个螺栓系统可以相对于应该被施加在螺栓和物体之间的所需最大预载而适用于不同条件。根据另一示例性实施例，第一套管相对于第二套管是较长套管。通过所述示例性实施例，第一套管被附连到螺栓，并且作为较短套管的第二套管围绕第一套管被附连。因此，操作者可以简单地通过移动第一套管和第二套管而容易地控制预载状态。如上所述，如果第一套管和第二套管被放松，则螺栓不向物体传递预载。当仅第二套管可运动且第一套管被固定时，正确预载被施加在螺栓和物体之间。如果两个套管相对于螺栓均不可运动，则螺栓被拧得过紧，从而过大预载被施加并且预载超过了最大值。具体而言，第二套管可滑动地附连于第一套管。如果第一套管所传递的预载的值低于最大值，则第二套管相对于第一套管可滑动。此外，如果第一套管和第二套管所传递的预载的值高于最大值，则第二套管相对于第一套管不可运动。根据另一示例性实施例，第一套管和第二套管可邻抵在物体上。在本示例性实施例中，预载通过套管且不插入附加部件而直接从螺栓传递到物体。因此，可以实现更轻质且更经济的螺栓系统。根据另一示例性实施例，第一套管包括法兰，其中法兰可邻抵在物体上。第二套管可邻抵于法兰和螺栓头。法兰构建了第二套管的底座。因此，当第二套管传递预载时，预载从第二套管经过第一套管的法兰被间接传递给物体。通过这种示例性实施例，可以实现更和缓的螺栓系统，具体地当第二套管由具有比第一套管的材料更刚性且更硬的材料设计而成时。此外，通过提供具有较大底座面积的法兰，底座应力被减小，因为预载经过这个较大法兰面积被传递给物体。具体而言，甚至在大预载情况下，与第一套管相比第二套管可以被形成为非常硬且不可压缩，从而通过上述法兰，相对于物体减小了底座应力，从而减小了物体损坏的风险。根据另一示例性实施例，螺栓系统还包括弹簧垫圈。弹簧垫圈被附连到第一套管， 其中弹簧垫圈适于将预定预载值传递给第二套管。通过弹簧垫圈可以更精确地确定被传递到第二套管的预载量。具体而言，只要弹簧垫圈不被最大压缩，则第二套管就不被夹持成相对于螺栓不可运动。根据另一示例性实施例，第一套管包括沟槽，弹簧垫圈附连于该沟槽。如果弹簧垫圈附连于这种沟槽，则可以减小弹簧垫圈滑脱的风险。根据另一示例性实施例，螺栓系统还包括中间套管。中间套管围绕第一套管装配， 并且第二套管围绕中间套管装配。当预载低于中间值时第一套管适于在螺栓头和物体之间传递预载，具体地中间套管不传递预载。当预载高于中间值时，第一套管被压缩成使得第一套管和中间套管均在螺栓头和物体之间传递预载，从而由中间套管实现的预载传递指示出预载超过了中间值。具体而言，第一套管的第一长度可以长于中间套管的中间长度。于是，如果预载超过中间值，则第一套管被压缩成使得第一套管的第一长度等于中间套管的中间长度。通过将中间套管放置在第一套管和第二套管之间，可以实现针对作用在螺栓系统上的预载更加具体的指示系统。具体而言，通过预定长度和/或通过预定材料特征(例如弹性模量)可以设定预定中间值，在该预定中间值时中间套管额外地传递一部分预载。之后， 中间套管相对于第一套管不可运动，并且中间套管的不可运动性指示了操作者高于中间值的预载被施加且被螺栓系统传递。具体而言，中间值限定了在状态“不传递预载”和状态“预载最大值”之间的预载值。根据另一示例性实施例，螺栓系统包括多个中间套管。通过在第一套管和第二套管之间插入多个不同中间套管，可以由操作者指示出多个预定中间值。因此，实现了针对螺栓系统上的被施加预载的简单且具体的指示系统。在本发明的示例性实施例中，套管的长度可以近似是螺栓直径的两倍或三倍。螺栓的直径可以具有常规尺寸，例如Ml至M60 (根据ISO公制螺纹)。具体而言，上述螺栓系统可以被应用于大型机械系统，例如风力涡轮机，其中螺栓可以具有M30至M50的直径尺寸。因此，套管可以具有近似60mm至IOOmm (毫米)的长度。根据预载的所需和预定最大值或中间值，可以为套管选择具有适当弹性模量的适当材料。例如，套管可以由具有近似 210. OOOMPa (兆帕斯卡)弹性模量的钢制成。应该注意到，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。具体而言，已经参考产品权利要求描述了一些实施例，而参考方法权利要求描述了另一些实施例。不过，除非另有提示，本领域的技术人员将从上述和下述描述中得出，除了属于一种主题类型的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合，具体是产品权利要求的特征和方法权利要求的特征之间的任意组合，也被认为被本申请所公开。
从下文描述的实施例示例可以显而易见到本发明的上述方面和其他方面，并且参考实施例示例解释了各方面。在下文将参考实施例的示例更加具体地描述本发明，不过本发明不限于这些示例。图1示出了根据本发明的示例性实施例的螺栓系统；以及
图2示出了根据本发明的示例性实施例的具有弹簧垫圈的螺栓系统。
具体实施例方式附图中的图示是示意性的。应该注意，在不同附图中，类似或相同元件具有相同附图标记。图1示出了用于指示可连接到要被固定的物体104的螺栓103上的预载水平的螺栓系统100。螺栓系统100包括具有螺栓头105的螺栓103。第一套管101在螺栓头105 和物体104之间附连到螺栓103。第二套管102在在螺栓头105和物体104之间附连到螺栓103。第一套管101是内套管，且第二套管102是围绕第一套管101装配的外套管。套管101 ；102中的一个可以比套管102 ；101中的另一个更长。当预载低于最大值时，较长套管101 ；102在螺栓头105和物体104之间传递预载。当预载高于最大值时，较长套管101 ； 102被压缩成使得两个套管101、102均在螺栓头105和物体104之间传递预载。螺栓头105可以是螺栓103的一体部分。此外，螺栓头105可以是螺栓103的独立部分，例如被放在螺栓103上的垫圈或螺母。当预载高于最大值且较长套管101 ； 102被压缩成使得两个套管101、102均在螺栓头105和物体104之间传递预载时，较短套管102 ；101所实现的预载传递指示出预载超过
了最大值。图1示出的实施例包括比外部第二套管102更长的内部第一套管101。当预载值低于预定最大值时较长的第一套管101传递预载。当预载的最大值被超出时，第一套管101 被压缩成使得套管101沿螺栓103的长度被压缩了距离dx。之后，两个套管101和102均从螺栓头105向物体104传递预载。操作者识别出对于预载的最大值的传递，因为第二套管102被夹持在螺栓头105 和物体104之间以便传递部分预载，因此第二套管102相对于第一套管101不再可运动。 如果第二套管102相对于第一套管101可运动，则操作者识别出预载在螺栓头105和物体 104之间传递，其中被传递的预载低于预载最大值。如果第一套管101和第二套管102相对于螺栓103可运动，则操作者识别出不传递预载，从而操作者必须相对于物体104紧固螺栓 103以便提供正确预载。物体104可以包括一个板状元件，螺栓103可以在预定预载下被附连到该板状元件。此外，物体104可以包括应该由螺栓系统100固定在一起的两个或更多个元件。物体 104中的一个可以包括螺纹，具有对应螺纹的螺栓103可以被拧入其中。如图1所示，物体 104可以包括通孔，其中在螺栓103的相对于螺栓头105的相对侧上，可以拧上螺母，以便将物体104夹持在螺母106、套管101、102和螺栓头105之间。用于指示被传递预载的套管 101、102可以被插在螺栓头105和物体104之间，如图1所示，不过可替代地可以被插在螺母106和物体104之间或者两个物体104本身之间。图2示出了螺栓系统100，其中弹簧垫圈202被附连在第一套管101和第二套管 102之间。为了更好地固定在第一套管101上，弹簧垫圈202可以位于第一套管101的沟槽 203内。弹簧垫圈202可以以如下方式被附连到第一套管101，即使得弹簧垫圈202被置于沟槽203内，以便弹簧垫圈202适于将弹簧力传递到沟槽203内部第一套管101的侧壁(如图2所示)。可替代地，弹簧垫圈202可以附连在第一套管101和第二套管102之间，其中弹簧负载被传递到第一套管101和第二套管102。当相对于物体104紧固螺栓103时，第一套管101将被压缩，其中压缩量是所施加预载和第一套管101的弹性模量的函数。为了改变第一套管的压缩长度，弹簧垫圈202可以被附连。只要弹簧垫圈202没有被最大压缩，则预载就不被完全传递到第二套管102，并且第二套管102仍可以相对于第一套管101由操作者旋转。如果弹簧垫圈202被预载最大压缩并且第一套管101也被压缩，则更大预载被传递到第二套管102，使得第二套管102不可运动。弹簧垫圈202被可拆卸地固定到螺栓103。此外，可以预先限定弹簧202的弹性和弹簧力。因此，如果需要为预载设定不同最大值，则可以简单地将具有不同弹簧力和弹性特征的弹簧垫圈置于螺栓103上。因此，利用简易的机构，螺栓系统100可以适用于预载最大值的所需值。螺栓系统100因此可以被灵活适用于不同的安装位置。此外，图2示出了包括法兰201的第一套管101。法兰201可以径向向外(如图2 所示)或径向向内延伸。第二套管102可以装配到第一套管101，其中第二套管102的一端邻抵于法兰201上。因此，第二套管102和物体104之间没有直接接触。此外，法兰201可以在第一套管101和第二套管102之间相对于物体104产生较大接触面积，以便实现更柔缓的预载力传递。在下文中，当将螺栓103紧固于物体104时，螺栓103的张紧将提供下述多种状态
开始时，螺栓103没有被足够紧固以便将预载传递到内部第一套管101。在这个阶段， 内部第一套管101和外部第二套管102均相对于螺栓103可自由运动或旋转。之后，螺栓103被紧固以便将预载传递到内部第一套管101。通过对于内部第一套管101的材料的预定选择，第一套管101将相对于螺栓103沿其纵向方向与施加在螺栓103 上的应用预载成比例地被压缩。因而，弹簧垫圈202可以被压抵于沟槽203的两个侧壁或被压在第一套管101和第二套管102之间。在这个阶段，第二套管102仍可以由操作者相对于螺栓103旋转。第二套管102可以自由地旋转或者在弹簧垫圈202的弹簧负载所导致的阻力的情况下旋转。只要弹簧垫圈202没有被最大压缩，则第二套管102就可相对于螺栓103旋转。最后，当螺栓103被充分紧固以使得第一套管101传递的预载导致第一套管101 的纵向压缩从而使得弹簧垫圈202被最大压缩时，进一步紧固螺栓以及进一步的预载经由弹簧垫圈202被传递到第二套管102。因此，第一套管101和第二套管102均将预载从螺栓头105传递到物体104。此外，其他中间套管可以被插在第一套管101和第二套管102之间，以便也指示出预载的中间值。应该注意到，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一种”不排除多个。而且，与不同实施例相关的元件可以相结合。还应该注意到，权利要求中的附图标记不意味着限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于指示可连接到要被固定的物体(104)的螺栓(103)的预载水平的螺栓系统(100)，该螺栓系统(100)包括具有螺栓头(105)的所述螺栓(103)，在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间被附连到所述螺栓(103)的第一套管(101)，以及在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间被附连到所述螺栓(103)的第二套管(102)，其中所述第一套管(101)是内套管并且所述第二套管(102)是围绕所述第一套管(101)装配的外套管，其中一个套管(101 ；102)长于另一套管(102 ；101)，其中，当预载低于最大值时，较长套管(101 ；102)在所述螺栓头(105)和所述物体 (104)之间传递所述预载，以及其中，当所述预载高于所述最大值时，较长套管(101 ；102)被压缩成使得两个套管 (101，102)均在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间传递所述预载。
2.根据权利要求1所述的螺栓系统(100)，其中所述较长套管(101 ；102)包括弹性特征，所述弹性特征被限定成使得当所述第一套管(101)传递所述预载的所述最大值时该第一套管(101)的长度可被限定。
3.根据权利要求1或2所述的螺栓系统(100)，其中所述第一套管(101)相对于所述第二套管(102)是所述较长套管。
4.根据权利要求3所述的螺栓系统(100)，其中所述第二套管(102)可滑动地附连于所述第一套管(101 )， 其中如果所述第一套管(101)传递的所述预载的值低于所述最大值，则所述第二套管(102)相对于所述第一套管(101)可滑动，以及其中如果所述第一套管(101)和所述第二套管(102)传递的所述预载的值高于所述最大值，则所述第二套管(102)相对于所述第一套管(101)不可运动。
5.根据权利要求3或4所述的螺栓系统(100)，其中所述第一套管(101)和所述第二套管(102)可邻抵在所述物体(104)上。
6.根据权利要求3或4所述的螺栓系统(100)，其中所述第一套管(101)包括法兰(201)，其中所述法兰(201)可邻抵在所述物体 (104)上，其中所述第二套管(102 )可邻抵于所述法兰(201)和所述螺栓头(105 )。
7.根据权利要求3至6中一项权利要求所述的螺栓系统(100)，还包括弹簧垫圈(202)，其中所述弹簧垫圈(202)被附连于所述第一套管(101)，其中所述弹簧垫圈(202)适于将所述预载的预定值传递到所述第二套管(102)。
8.根据权利要求7所述的螺栓系统(100)，其中所述第一套管(101)包括沟槽(203)，所述弹簧垫圈(202)附连于该沟槽(203)。
9.根据权利要求1至8中一项权利要求所述的螺栓系统(100)，还包括中间套管，其中该中间套管围绕所述第一套管(101)装配，并且所述第二套管(102)围绕所述中间套管装配，其中，当所述预载低于中间值时，所述第一套管(101)在所述螺栓头(105)和所述物体 (104)之间传递所述预载，并且其中，当所述预载高于所述中间值时，所述第一套管被压缩成使得所述第一套管(101) 和所述中间套管均在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间传递所述预载，从而由所述中间套管实现的预载传递指示出所述预载超过所述中间值。
10.根据权利要求9所述的螺栓系统(100)，还包括多个中间套管。
11.一种用于指示可连接到要被固定的物体(104)的螺栓(103)的预载水平的方法，该方法包括将第一套管(101)和第二套管(102)在螺栓头(105)和所述物体(104)之间附连到所述螺栓(103)，其中所述第一套管(101)是内套管并且所述第二套管(102)是围绕所述第一套管(101)装配的外套管，并且其中一个套管(101 ;102)长于另一套管(102 ;101 )，当预载低于最大值时，由较长套管(101 ； 102)在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间传递所述预载，以及当所述预载高于所述最大值时，压缩所述较长套管(101 ；102)以使得两个套管(101， 102)均在所述螺栓头(105)和所述物体(104)之间传递所述预载。
全文摘要
本发明涉及螺栓预载检查系统，具体涉及用于指示可连接到要被固定的物体的螺栓的预载水平的螺栓系统。该螺栓系统包括具有螺栓头的所述螺栓、在所述螺栓头和所述物体之间被附连到所述螺栓的第一套管以及在所述螺栓头和所述物体之间被附连到所述螺栓的第二套管。所述第一套管是内套管并且所述第二套管是围绕所述第一套管装配的外套管。一个套管长于另一套管。当预载低于最大值时，较长套管在所述螺栓头和所述物体之间传递所述预载。当所述预载高于所述最大值时，较长套管被压缩成使得两个套管均在所述螺栓头和所述物体之间传递所述预载。
文档编号F16B35/00GK102536995SQ20111029219
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者C.劳尔森, H.斯蒂斯达尔 申请人:西门子公司