CN103003027A - 产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的装置，所述螺纹连接件特征在于扭矩放大器（100）与扭矩扳手（200的组合，所述扭矩扳手（200适配到所述扭矩放大器并与所述扭矩放大器一起校准。本发明还涉及一种用于校准此类装置的方法。

Description

产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序所述的一种产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的设备及一种用于校准根据权利要求6的前序所述的此种设备的方法。

背景技术

扭矩放大器，也将在下文中被称为功率放大器，大体包含高传输行星齿轮。正齿轮或外摆线齿轮有时也用于扭矩放大器中。输入扭矩经手动设置并主要通过棘轮或扭矩扳手产生。齿轮的输出扭矩接着可基于预先确定的齿轮比来确定，例如表中所知及所储存。然而不考虑齿轮效率。或者，从扭矩设定表中获得输出扭矩，所述扭矩设定表也是先前确定的。在这种情况下，将考虑齿轮效率，其中在具有中间值的情况下，执行插值。

在使用手动扭矩放大器或功率放大器的质量控制的范围内，需要通过抽查来检查并详细记录所施加的扭矩值。

为此，已知用于检测扭矩的不同的设备及方法。从目前技术水平已知的第一解决方案提供将扭矩传感器集成在功率放大器的齿轮中。在这种情况下，需要通过外部评价装置向传感器供应电力，所述外部评价装置也被称为数据记录器。在所述数据记录器中记录并储存数据。

从目前技术水平已知的另一个解决方案提供扭矩传感器，所述扭矩传感器与功率放大器串联切换。合适的扭矩传感器布置在齿轮的输出轴上。电源供应和数据记录也是通过电缆捆扎外部装置在这种情况下发生。

在从目前技术水平已知的两个解决方案中，传感器的电源供应及数据评价与储存发生在外部或从外部发生。为此，需要呈电缆形式的电线及评估装置，所述电线及所述评估装置将在施工场地处经受艰苦条件。敏感曝露电缆频繁地无意地被撕破或损坏。还提供插入式连接件，所述插入式连接件可能在与其它组件的接触中损坏或弯曲。所谓的接口插座可受到损坏，所述接口插座含有用于电缆的插头连接件并布置在齿轮壳体上作为附加壳体，所述附加壳体通常是立方体形的并突出超出齿轮壳体。不利的还有：除了其它装置外，所需的评价装置需要由操作者悬挂在脖子周围或需要以腰包等形式携带。传感器与评价装置之间的数据传输主要以“飞”缆的方式发生，所述“飞”缆又妨碍操作者。

发明内容

因此，本发明基于以下目的：在不受电缆或外部装置的任何限制的情况下提供允许操作者使用的设备，且本发明还确保在确定输出扭矩时的最大可能的安全。

此目的由通过扭矩放大器及电子扭矩扳手产生上文提及的此类精确紧固扭矩的设备来实现，所述电子扭矩扳手适配到所述扭矩放大器、与所述扭矩放大器一起校准并显示扭矩。

根据本发明的设备的有利的进一步发展和实施方式为返回参阅权利要求1的附属权利要求的标的。

因此，根据本发明的设备的有利的进一步发展规定：电子扭矩扳手包含用于显示最初描述的输出扭矩的显示器，其中输入扭矩及输出扭矩是指齿轮。

扭矩扳手包含以非常有利的方式输入扭矩极限值的输入装置。

优选地，扭矩扳手进一步包含储存装置，所述储存装置用于储存表示螺纹连接件的扭矩的特征的数据。储存装置包含读写存储器，以便在需要时可重复并执行校准。

除了其它数据之外，扭矩放大器的在校准期间确定的齿轮比也储存在除了其它数据之外的存储器中。

齿轮比优选地储存在存储器中作为输出扭矩的函数关系的插值曲线，所述输出扭矩取决于扭矩放大器的输入扭矩。

尤其有利的实施方式规定：齿轮包含RFID应答机且扭矩扳手包含RFID读取器，所述RFID应答机及所述RFID读取器互相适应。在这种情况下，扭矩扳手识别齿轮。储存在存储器中并表示齿轮特征的数据可用于确定螺纹连接件的紧固扭矩。

本发明进一步基于以下目的：提供一种仅使扭矩放大器和电子扭矩扳手的共同校准成为可能的方法，其中应在校准中考虑扭矩放大器和（尤其是）扭矩放大器的齿轮的特定数据。

此目的通过用于校准具有权利要求6所述的特征的设备的方法来实现，所述设备产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩。扭矩放大器与电子扭矩扳手的共同校准通过以下方式发生：齿轮比基于在整个扭矩范围内获得的至少一个平均值发生。以此方式确定的所述齿轮比将储存在扭矩扳手的存储器中并且将在随后的拧紧过程期间在确定螺纹连接件的扭矩时考虑所述齿轮比。

所述方法的有利实施方式为返回参阅权利要求6的附属权利要求的标的。因此，根据有利实施方式，将在整个扭矩范围内在扭矩放大器的输出轴的不同角度位置处确定并储存实际齿轮比。为此，将在整个扭矩范围内在第一角度下首先确定并储存齿轮比，随后，输出轴将进一步旋转大约预先确定的角度，且将在整个扭矩范围内在所述各自的角度位置处确定并储存齿轮比。

优选地，输出轴将进一步旋转各90°的角直到输出轴已扭转总共约180°的角。为大约预先确定的角度的所述进一步旋转基于以下认识：输出扭矩增长显示取决于输入扭矩的实质上周期性增长，所述周期性增长可由正弦函数或余弦函数描述。为约90°的各倍数的进一步旋转允许确定所述周期性正弦/余弦增长。如果发生约小于90°的角（例如，约45°）的旋转，那么需要以此频率继续旋转直到发生扭矩放大器的输出轴约180°的旋转。平均齿轮比随后根据由此获得的值计算，且所述平均齿轮比储存在电子扭矩扳手的存储器中。在所述过程中，首次近似中的插值曲线及插值直线放置在以此方式在不同角度比下确定的齿轮比与基于所述插值曲线确定的齿轮比之间，输出扭矩根据输入扭矩确定。

附图说明

本发明的实施方式图示于图式中并更详细地在以下描述中加以解释，其中：

图1示意性地图示利用本发明产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的设备；

图2图示图1中所示的设备的扭矩放大器；

图3图示图2中所示的扭矩放大器的顶视图；

图4图示超过输入扭矩的输出扭矩，以及

图5图示超过输入扭矩的输出扭矩，用于解释根据本发明的方法的变体。

具体实施方式

图式中所示的用于产生精确紧固扭矩的设备包含扭矩放大器，所述扭矩放大器在下文中将被称为并通常称为功率放大器100，所述功率放大器100包含输入轴101及输出轴或从动轴102。输入轴与输出轴末端分别为正方形，对于输入轴，扭矩扳手200将作用于所述正方形，且对于输出轴102，输出轴102将啮合在所谓的“扳手插座”或仅仅“插座”140中。通过插座142将扭矩传输到螺纹连接件（未图示）。扭矩放大器100进一步包含大体已知的反应臂130，所述反应臂130防止扭矩放大器在转向过程中通过撞击静止物体而旋转。

扭矩放大器100通过扭矩扳手200手动致动。为此，扭矩扳手200包含手柄210。扭矩扳手200本身为具有显示器205及输入装置220的电子扭矩扳手200。输入装置220用于（例如）输入表示拧紧程序特征的数据。扭矩扳手200的设定通过选择菜单发生。在选择菜单项后，将输入所要的输出扭矩和所要的极限值。在扭矩的施加过程中，（例如通过发光条）形象地告知操作者进展。在达到目标扭矩前不久，可另外通过声学信号告知操作者。在达到扭矩后，将存在优选地光学“好”或“不好”的显示，所述显示也可选地以声学形式提供，且所实现的扭矩值将储存在数据存储器中，所述数据存储器提供在扭矩扳手200中（未图示）。所有的值储存在扭矩扳手中并可在完成所有工作后传递到PC或便携式电脑且所述所有值可进一步在PC或便携式电脑上评估。

本发明的主要概念在于：提供在没有任何附加电缆、外部电源、远程输入与显示装置等的情况下能够使用的自动设备。为此，通过电池或蓄电池操作扭矩扳手。而且，可假定：扭矩放大器100或扭矩放大器100的变速齿轮110包含RFID应答机，所述RFID应答机与布置在扭矩扳手200中的RFID读取器配合。在这种情况下，扭矩扳手200以某种方式识别扭矩放大器100或扭矩放大器100的齿轮110，且扭矩值可通过检索储存在扭矩扳手200的存储器中的值来精确设置，所述值在先前联合校准中确定并储存，所述联合校准将在下文中更详细描述。为此，将比值储存在存储器中，所述比值分别与扭矩放大器100的齿轮110相关联。所述值将用于提供在扭矩扳手200中的计算单元中。通过组合RFID应答机与RFID读取器来彻底防止系统混乱。

由扭矩放大器100及扭矩扳手200构成的系统的校准通过以下方式发生：首先，在扭矩放大器100的整个扭矩范围内确定实际齿轮比。所述校准方法将在下文中参阅图2至图5加以解释。图2示意性地图示扭矩放大器100的侧视图。输入轴101通过齿轮110与输出轴连接，所述输入轴101（例如）末端为正方形且电子扭矩扳手200将作用于所述正方形，所述输出轴末端也为正方形102，所述正方形102啮合扳手插座，所述扳手插座也被称为“电源插座”140。电源插座140在输出侧上适配到螺纹连接件的螺钉头或螺母。输入扭矩M_E施加在输入轴上且输出扭矩M_A施加在齿轮110的输出端处。输入扭矩M_E与输出扭矩M_A之间的齿轮比通过齿轮110确定。首先将确定所述齿轮比，其中所述输入扭矩M_E由电子扭矩扳手200确定，且输出扭矩M_A由传感器400确定，所述传感器400布置在输出轴上。仅在校准期间提供所述传感器400。在随后操作中不需要布置所述传感器400。

齿轮比的确定通过以下方式发生：输出轴及因此输出正方形102被带到第一位置，所述第一位置对应于0°角（图3b1)）。由于施加了输入扭矩M_E并确定了输出扭矩M_A，所以接着“紧固”螺纹连接件。所述举动引起输出扭矩M_A与输入扭矩M_E之间的函数关系，所述函数关系通过虚线示意性地图示在图4中。从主要观点来看，此种测量系列足以用于确定输出扭矩M_A与输入扭矩M_E之间的函数关系。在这种情况下，将确定函数M_A(M_E)的插值曲线且所述插值曲线（且尤其是图4及图5中所示的插值直线）将以某种方式储存为特征线。

为了进一步提高精度，根据本发明的方法的尤其有利的实施方式提供其他测量系列。

在第二测量系列中，意指输出轴的输出正方形102将旋转90°，如在图3b2)中的右手侧示意性地图示，且输出扭矩M_A与输入扭矩M_E之间的关系将得以确定并在图4中图示为实线。

最后，输出轴及因此输出正方形102将在第三测量系列中再扭转90°（图3b3)）且将确定输出扭矩M_A对输入扭矩M_E的依赖关系。所述情况通过点虚线在图4中图示。首次近似中的插值曲线及插值直线将根据所述三条线确定，所述插值曲线及插值直线将储存在扭矩扳手200的存储器250中并表示输出扭矩M_A对输入扭矩M_E的依赖关系。

在如图4中所示的实施方式中，插值曲线（所示直线）形成在整个扭矩范围内。当获得用于确定插值的所述位置处的进一步增长时，曲线如图5中所示细分为输入扭矩M_E的四个子范围I、II、III、IV，且在所述局部范围中的每一个局部范围中执行插值。在这种情况下还获得实质上线性增长。可进一步增加所述细分部分的数量，以使得在具有边界线的情况下，函数M_A(M_E)的精确近似成为可能。完成校准后，移除传感器400且输出扭矩M_A对输入扭矩M_E的依赖关系如上文所提及储存在电子扭矩扳手200的存储器中且将在随后的拧紧过程中使用所述依赖关系。可以此方式以非常精确的方式来确定螺纹连接件的扭矩。

在不同角度范围内的校准是必要的，是因为所有已知类型的齿轮展示由于齿面的啮合状态引起的在扭矩增长中且因此在功率增长中的更多或更少的正弦波动。所述情况意味着与理论上计算的扭矩的偏差可在扭矩放大器的整个扭矩增长内检测。可考虑所述偏差并可通过校准来消除所述偏差。

Claims (11)

1.一种产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩的设备，其特征在于扭矩放大器（100）和扭矩扳手（200）的组合，所述扭矩扳手（200）适配到所述扭矩放大器并与所述扭矩放大器一起校准。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述扭矩扳手（200）包含显示器（205），所述显示器（205）用于显示输入扭矩及输出扭矩。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述扭矩扳手（200）包含输入单元（220），所述输入单元（220）用于输入扭矩极限值。

4.如前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于所述扭矩扳手（200）包含存储器（250），所述存储器（250）用于储存表示所述扭矩的特征的数据。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述扭矩放大器（100）的齿轮比储存在所述存储器中，所述齿轮比在校准期间确定。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述齿轮比储存在所述存储器（250）中作为所述输出扭矩（M_A）的函数关系的插值曲线，所述输出扭矩（M_A）取决于所述扭矩放大器（100）的所述输入扭矩（M_E）。

7.如权利要求1到6中的一项所述的设备，其特征在于所述扭矩放大器（100）包含RFID应答机，且所述扭矩扳手（200）包含RFID读取器，所述RFID应答机与所述RFID读取器彼此通信，且所述特征齿轮比（100）到所述扭矩扳手（200）的传输通过所述RFID应答机与所述RFID读取器发生。

8.一种用于校准根据权利要求1到7中的一项所述的设备的方法，所述设备产生用于螺纹连接件的精确紧固扭矩，其特征在于根据在作为所述齿轮比的整个扭矩增长内的所述输入扭矩（M_E）确定所述输出扭矩（M_A），且所述齿轮比（M_A(M_E)）基于在整个扭矩范围内获得的至少一个平均值而发生。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于通过形成插值曲线（尤其是插值直线）确定所述平均值。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述齿轮比在数个齿轮啮合角度（0°、90°、180°）下确定。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述实际齿轮比首先在所述整个预先确定的扭矩范围内确定，且随后所述扭矩放大器（100）的输出轴将进一步绕各自预先决定的角度旋转，尤其是绕90°旋转两次，且在所述整个扭矩范围内的所述齿轮比将在此程序中确定，且将由此计算平均齿轮比，所述平均齿轮比将储存在所述扭矩扳手（200）的所述存储器（250）中。

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