CN110919577A - 管道部件的安装方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于管道部件的安装方法和装置。一种用于拧紧螺纹连接的方法和装置，优选用于连接管道部件，其中待拧紧的螺纹连接包括具有外螺纹的连接元件单元、具有内螺纹的连接元件单元以及设置在其间的密封元件，其中该方法包括以下步骤：转动具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元直到接触密封元件并且达到密封元件的压缩起始点，其中密封元件布置在连接元件单元中的至少一个上或其中并且与另一个连接元件单元接触;将具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元拧紧直到预定阈值，其中，基于在螺纹连接的转动和拧紧期间旋转角度和扭矩之间出现的比率变化来确定密封元件的压缩起始点和阈值。

Description

管道部件的安装方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于拧紧螺纹连接的方法，并且涉及一种对应的装置，优选用于连接管道部件，其中待拧紧的螺纹连接包括具有外螺纹的连接元件单元、具有内螺纹的连接元件单元、以及设置在其间的密封元件，其中该方法包括以下步骤：
●转动具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元直到接触密封元件，其中密封元件布置在连接元件单元中的至少一个上或其中;
●拧紧具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元;
其中该装置包括主体，其中布置有用于确定所需扭矩的扭矩测量传感器、用于确定位置和位置变化的传感器，优选地用于确定旋转角度的陀螺仪、检测装置、用于存储螺纹连接特定数据的存储元件以及用于发送所获取的数据的发送器；以及钩形插入件。
背景技术
从现有技术中已知的用于确定螺纹连接是否被充分拧紧的工具通常用于汽车构造中，其通常涉及金属螺纹连接，其在或多或少恒定的环境条件下附接。
因此，通常使用工具，其检测扭矩和旋转角度并且在达到特定扭矩时指定还需要多大的待拧紧旋转角度，以便根据要求相应地拧紧螺纹连接。
DE 103 28 381 A1公开了这样的扭矩扳手，其测量扭矩并且当达到所需扭矩时，仍然必须施加特定的旋转角度以达到所需的强度。
在这种情况下不利的是，该方法不能独立于待连接元件的材料来应用。这意味着不同的材料需要不同的施加的旋转角度并且这又继而会取决于外部温度。在第一阶段中，因此借助于工具检测扭矩直到达到预定扭矩，然而，所需的旋转角度施加是独立于外部温度或其他边界条件而预定的。因此，在所需的应用例如180°的情况下，在螺纹连接的情况下，该螺纹连接在螺纹中还具有污垢颗粒并且在-20℃的安装温度下，最终出现的扭矩将产生为比在30°C的安装温度下具有干净螺纹的相同螺纹连接高得多。所有这些情况然后导致螺纹和/或螺纹连接中的不期望的张力，其然后导致故障或泄漏。
WO2016 / 062915A1也公开了现有技术的上述方法，其中在此应用于管道连接。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法，该方法在整个拧紧过程期间不断检查螺纹连接的拧紧，从而避免由于施加不正确的扭矩而产生不希望的张力的风险。此外，该装置是为了确保简单的操作并避免安装错误。
根据本发明，该目的通过以下方式实现：在螺纹连接的转动和拧紧期间确定密封元件的压缩起始点和由于在旋转角度和扭矩之间发生的比率变化而产生的阈值。
根据本发明的用于拧紧螺纹连接的方法，优选地用于连接管道部件，其中待拧紧的螺纹连接包括具有外螺纹的连接元件单元、具有内螺纹的连接元件单元以及设置在其间的密封元件，该方法包括以下步骤：
●转动具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元，直到接触密封元件并达到密封元件的压缩起始点。密封元件的压缩起始点在相对的连接元件单元与密封元件接触时开始。密封元件布置在连接元件单元中的至少一个上或其中，并且在连接元件单元转动或扭转在一起期间与另一个或相对的连接元件单元接触。直到压缩起始点，施加的扭矩对应于接近0Nm，仅在螺纹中发生的摩擦需要较小的扭矩来使连接元件单元朝向彼此转动。
●从达到压缩起始点起，开始具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元的拧紧直到达到预定阈值，在该阈值处，待施加的扭矩相对于所执行的旋转角度极大地增加。
连接元件单元优选地包括具有布置在其上的外螺纹的凸缘或插座，并且具有内螺纹的另一连接单元也包括凸缘或插座，其中布置在凸缘上的单独形成的螺母包括内螺纹。然而，当然也可以想到连接单元的其他实施例，例如内螺纹或螺母固定在凸缘上。
密封元件的压缩起始点和阈值是在拧紧螺纹连接期间旋转角度和扭矩之间的比率明显地变化的点。如已经提到的，旋转角度和扭矩之间的比率接近0Nm/度，直到达到压缩起始点。因此，在扭矩 — 旋转角度图中，可以在曲线中建立螺纹连接的转动具有大致无限的陡峭斜率。转动不断地延伸直到压缩起始点，其中旋转角度/扭矩的比率对应于扭矩 —旋转角度图中的曲线的斜率。在达到压缩起始点时，曲线经历斜率的变化并因此经历旋转角度和扭矩之间的比率的变化。从那时起的曲线在拧紧期间具有较小的斜率，即具有较高的扭矩直到达到阈值。在阈值处，斜率（即旋转角度和扭矩之间的比率）再次明显地变化。曲线再次变平，即，扭矩相对于执行的旋转角度显著增加，并且因此斜率变平至大约0。在达到阈值时终止拧紧过程。
已经证明是，如果在达到密封元件的压缩起始点之前几乎不施加扭矩，并且因此扭矩 — 旋转角度图中的曲线的斜率无限地陡峭地和/或大致平行于沿y方向的旋转角度轴线延伸，则是有利的。由于螺纹中的摩擦，发生在转动期间出现的小扭矩，其中这足够小使得在根据本发明的方法中可以忽略。较高的扭矩仅在存在阻力时发生，这在此由于密封元件与另一连接元件单元的接触而发生。
已经证明有利的是，从达到密封元件的压缩起始点起施加扭矩，其中旋转角度和扭矩之间的比率显著改变和/或斜率从达到密封件的压缩起始点起显著减小。
旋转角度和扭矩之间的比率优选地从达到密封元件的压缩起始点起大致线性地延伸直到阈值。这意味着扭矩相对于所施加的旋转角度大致线性地增加，其中斜率或比率取决于不同的因素和性质，诸如像连接元件单元和密封件的材料、安装温度、清洁度、安装持续时间等。
在该方法的一个优选实施例中，与达到阈值之前的旋转角度和扭矩之间的比率相比，从达到阈值起的旋转角度和扭矩之间的比率改变，其中相对于达到阈值之前的曲线的轮廓，从达到阈值起扭矩 — 旋转角度图中的曲线的斜率大幅度减小。从阈值起，曲线以接近0的斜率延伸，原因是待施加的扭矩相对于旋转角度非常高。
已经证明是，如果通过算法确定旋转角度和扭矩之间的比率，则是有利的。因此可以在螺纹连接的拧紧过程期间确定是否在旋转角度和扭矩之间发生比率变化并且输出或报告对应的通知：连接被充分拧紧或者还达到压缩起始点。如果例如在云中相应地收集拧紧过程的确定的数据，由此可以记录多个经验值，并且可以使用根据本发明的装置的预设的对应数据来优化算法，则是有利的。
用于确定旋转角度和扭矩之间的比率的算法优选地如下所示：如果确定的旋转角度（DW）/扭矩（DM）的比率相对于先前测量值或先前测量值的平均值相差至少+/- 10％，优选+/- 20％，则建立曲线的拐点并因此达到压缩起始点或阈值。
根据本发明还实现了该目的，其中钩形插入件具有代码，并且当联接钩形插入件时，代码由主体上的检测装置获取，并且螺纹连接特定数据自动设置在装置上。
根据本发明的用于拧紧管道部件的螺纹连接的装置包括主体，其中布置有用于确定主要的或施加的扭矩的扭矩测量传感器、用于确定位置和位置变化的传感器，优选地用于确定旋转角度的陀螺仪、检测装置、用于存储螺纹连接特定数据的存储元件、以及用于发送所获取的数据的发送器。此外，该装置包括钩形插入件，其中钩形插入件可替换地布置在主体上，其中钩形插入件包括代码，并且在钩形插入件联接时由主体上的检测装置获取代码并且螺纹连接特定数据自动设置在装置上。
通过钩形插入件上的代码，装置自动将其自身设置为存储在代码中的值。因此，例如，限定的螺纹连接尺寸的对应值自动地预设在装置上，由此当螺纹连接被充分拧紧时，其于是自动地传递给操作者。因为操作者不必在装置自身上输入值，而是一切都自动运行，所以可以避免安装错误。
已经证明是，如果该装置包括用于确定地理位置的测量装置，优选地是GPS接收器，则是有利的。因此可以准确地确定螺纹连接的安装位置，并且这些数据可以传递到对应的现场平面图中，以便之后也可以精确地显示该螺纹连接位于哪里，因为通常这种连接埋在街道下面或是在几米高的天花板中，在该位置很难接近它们而只能非常费力地理解其如何被安装和/或其是否正确安装。此外，还可以在螺纹连接上布置芯片或另一代码，以便还经由装置将其输入，并在现场平面图中记录螺纹连接或另一配件的数据，并用安装数据管理它们。这有助于维修和维护工作的情况，因为在街道被拆除或生产设施停止之前，已经知道安装了什么以及如何安装。这些数据也可以集中收集并相应地再次检索。由于不同数据的集中收集，所以不同的信息项也可以根据操作者的要求链接并显示在显示装置上。
作为另一个可能的实施例，存在这样的选项：该装置包括用于材料检测的传感器，优选地是颜色传感器，由此可以确定螺纹连接的颜色和/或螺纹连接的塑料。这与钩形插入件上的代码相结合地精确地指定给装置：哪个螺纹连接被拧紧，因为代码包括螺纹连接的尺寸，并且待拧到一起的螺纹连接的进一步的数据和颜色允许装置检测螺纹连接包括哪种塑料。所有这些数据用于限定作为旋转角度的函数的所需扭矩，其已经在装置中存储在存储器中。当然，这些数据也可以通过根据本发明的装置集中收集和自动查询。
可替代地，钩形插入件也可以具有与螺纹连接的材料相关联的不同颜色，由此钩形插入件上的代码也将这些数据发送到装置，并且操作者已经在选择具有对应颜色的钩形插入物时遇到螺纹连接的材料和/或塑料分配。
操作者接收来自装置的信号，无论它们是声学的、触觉的还是视觉的，其向操作者指示达到待确定的点，例如压缩起始点和阈值。完整安装和/或扭矩 — 旋转角度图中的测量曲线被记录和存储，并且还可以发送到智能电话、平板电脑、计算机或其他视觉介质并且可以存储。
所有可能的实施例可以彼此自由组合，并且方法特征也适用于该装置，并且反之亦然。
附图说明
将基于附图描述本发明的示例性实施例，其中本发明不仅限于示例性实施例。在附图中：
图1示出了扭矩 — 旋转角度图，其具有拧紧螺纹连接的曲线轮廓，
图2示出了通过根据本发明的方法拧紧的示例性螺纹连接，
图3示出了通过根据本发明的方法拧紧的示例性螺纹连接，和
图4示出了根据本发明的装置的示意图。
具体实施方式
图1中所示的图示出了在扭矩 — 旋转角度图中拧紧螺纹连接的顺序。在直到压缩起始点A的下部区域中，可以很好地看到几乎竖直的或相对于Y轴平行的曲线轮廓。这表明在那里几乎不发生任何扭矩，因为没有阻力或仅由于螺纹存在并且需要扭矩来转动连接元件单元6直到接触密封元件7。当然，也可以想到其他密封元件，例如扁平密封件或其他密封元件，并且还可以使用除图2中所示的之外的其他结构形式的螺纹连接。一旦具有内螺纹的连接元件单元6（其布置在单独的螺母8中）通过凸缘9的端面与密封件7接触，则电阻增大并且扭矩DM相对于执行的旋转角度DW增加，如从压缩起始点A可以看出。从那时起，扭矩的优选线性增加因此相对于所执行的旋转角度以恒定的比率延伸。因此，在达到压缩起始点A之后，曲线的斜率显著减小。在达到阈值B时，再次发生扭矩和旋转角度之间的比率和/或曲线的斜率的变化，因为在此点处，一个连接元件单元接触另一个并且不仅是如在开始时的密封元件7，而且一个连接元件单元5的一个端面紧靠另一个连接元件单元6的另一个端面。从那时起，应注意到扭矩DM的大幅度增加，其中安装通常在达到阈值B时终止。图3中示出了螺纹连接4的替代设计，其可以使用根据本发明的方法拧紧，其中，在该设计中，内螺纹不设置在凸缘上的单独实施的螺母中，而是与具有外螺纹5的连接元件单元的情况一样形成为一件。示出用于螺纹连接的可能设计的这些实施例并非是详尽的，而是示出的螺纹连接4用于指示许多可能的变型，因为本发明也是用于拧紧螺纹连接4的方法和对应装置1，并且不是螺纹连接4本身的精确设计。
在图4中示意性地示出的装置1仅用于提供装置1的粗略印象，并且壳体2表示钩形插入件3是可适应的。显示器有助于操作，但是也可以想到显示器可以用智能电话代替，并且所有说明都可以类似地显示在那里。数据传输可以使用或不使用电缆进行。
附图标记
1 装置
2 壳体
3 钩形插入件
4 螺纹连接
5 连接元件单元外螺纹
6 连接元件单元内螺纹
7 密封件
8 螺母
9 凸缘/插座
A 压缩起始点
B 阈值
DM 扭矩
DW 旋转角度。

Claims (9)

1.一种用于拧紧螺纹连接的方法，优选地用于连接管道部件，其中待拧紧的螺纹连接包括具有外螺纹的连接元件单元、具有内螺纹的连接元件单元以及设置在其间的密封元件，其中该方法包括以下步骤：
●转动具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元直到接触密封元件并且达到密封元件的压缩起始点，其中密封元件布置在连接元件单元中的至少一个上或其中并且接触另一个连接元件单元;
●优选地使用根据权利要求7至9中任一项所述的装置将具有内螺纹或外螺纹的连接元件单元拧紧直到预定阈值，其特征在于，基于在螺纹连接的转动和拧紧期间旋转角度和扭矩之间出现的比率变化来确定密封元件的压缩起始点和阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在达到密封元件的压缩起始点之前几乎不施加扭矩，并且因此扭矩 — 旋转角度图中的曲线的斜率几乎无限地陡峭地和/或大致平行于沿y方向的旋转角度轴线延伸。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，从达到密封元件的压缩起始点起施加扭矩，其中在旋转角度和扭矩之间出现的比率从达到压缩起始点起显著变化和/或在扭矩 — 旋转角度图中的曲线的斜率显著减小，其中旋转角度和扭矩之间的比率或者扭矩 — 旋转角度图中的曲线的斜率优选地从达到密封元件的压缩起始点起大致线性地延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，与达到阈值之前的旋转角度和扭矩之间的比率相比，从达到阈值起旋转角度和扭矩之间的比率变化，其中相对于达到阈值之前的曲线的轮廓，扭矩/旋转角度图中的曲线的斜率从达到阈值起大幅度减小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过算法确定旋转角度和扭矩之间的比率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于确定旋转角度和扭矩之间的比率的算法如下所示：如果确定的旋转角度（DW）/扭矩（DM）的比率相对于先前测量值相差至少+/-10％，优选+/- 20％，则建立曲线的拐点并因此达到压缩起始点或阈值。
7.一种用于拧紧管道部件的螺纹连接的装置，优选地根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述装置包括主体，其中布置有用于确定主要或施加的扭矩的扭矩测量传感器、用于确定位置和位置变化的传感器、优选地是用于确定旋转角度的陀螺仪、检测装置、用于存储螺纹连接特定数据的存储元件以及用于发送所获取的数据的发送器；以及钩形插入件，其特征在于，钩形插入件可替换地布置在主体上，其中钩形插入件包括代码，并且在钩形插入件联接时由主体上的传感器获取代码并且螺纹连接特定数据被自动设置在装置上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于确定地理位置的测量装置，优选地是GPS接收器。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于材料检测的传感器，优选地是颜色传感器，其中所述材料、优选地是螺纹连接的塑料能通过检测螺纹连接的颜色来确定。
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