CZ167692A3 - Device with a torque-transmitting element for measuring tightening stress in a screw - Google Patents

Description

Vynález se týká šroubovacího zařízení s ústrojím pro měrení utahavacího pnutí ve šroubu.

Dosavadní stav teohniky

V příslušném oboru jsou běžně známa různá zařízení pro utahování šroubů a pro. zjištování a měření utahovacího pnutí v nich, přičemž tato zařízení sestávají v podstatě z klíčů pro utahování šroubů a z ultrazvukových ústrojí pro dětsko* vání utahovacího pnutí nebo namáhání.

Ultrazvukové ústrojí je tvořeno ultrazvukovým vysílacím/přijímacím převodníkem, na kterém je nastavena resonance při ultrazvukovém kmitočtu, například křemenným krystalem, buzeným piezoelektrickým efektem; kromě převodníku zahrnuje ultrazvukové ústrojí ústřední jednotku pro zpracovávání sig¹⁵ nálů vyměněných s převodníkem.

Utahovací pnutí, kterému je šroub vystaven, může být snadno zjištěno takovým zařízením, které může měřit délkbú součástky nebo šroubu za předpokladu, že sestává z homogenního materiálu, a to pomocí odrazu elastických vln na vnějších plochách součástky nebo šroubu.

Je také známo, že u šroubu po dosednutí jeho hlavy na plochu dojde k prodloužení, úměrnému utahovacímu pnutí, kterému je vystaven.

První technika pozůstává v použití klíče, odděleného od ultrazvukového ústrojí.

Jakmile je šroub tak utažen, že jeho hlava dosedne na povrch, do kterého je zašroubovaván, změří se jeho délka ultrazvukovým ústrojím a uloží se v paměti jako referenční délka.

Šroub se pak klíčem dotáhne do jeho sedla a jeho délka se opět zjistí ultrazvukovým ústrojím.

Upínací pnutí ve šroubu může být snadno zjištěno srovnáním nového měření jeho délky s referenčním měřeními.

Tato technika postupného přibližování umožňuje, aby šroub byl utáhnut s předem určeným utahovacím pnutím.

Jiná běžně známá technika záleží v použití samočinného šroubovacího zařízení pro utahování Šroubů a měření utahovacího pnutí, přičemž toto zařízení je tvořena šroubovou hlavou, obsahující ve svém celku ultrazvukový převodník, který může měřit prodloužení šroubu.

Při užití tohoto posléze zmíněného zařízení je ultrazvukový převodník umístěn prakticky ve styku s horním ρόντ»chem hlava šroubu, umístěné v pouzdro; aby se zajistilo účinné spřažení mezi převodníkem a hlavou šroubu, umístí se mezi oba povrchy film tekutiny propustné oro ultrazvuk, jako například glycerinu, tuku nebo těžkého oleje.

Šroubová hlava, a tedy také převodník je otáčen za účelem utažení šroubu, v období šroubování vysílá ultrazvukový převodník data, týkající se délky Šroubu, do ústřední jednotky, která může vypočítat délku šroubu a tedy utahovací pnutí, a to na bázi postupných měření.

Některých typů takového zařízení může být také použito ve spojení s řídící jednotkou, která může samočinně zastavit šroubování v důsledku příjmu signálu od ultrazvukového převod niku, že bylo dosaženo předem určeného utahovacího pnutí.

Shora popsaná technická zařízení nejsou však prosta nevýhod; první postup má tu vážnou závadu, 'že je třeba provést alespoň dvě měření šroubu, a to první měření pro odvození referenční hodnoty, jakmile hlava šroubu dojde k povrchu, do něhož je šroubován, a následující měření po utažení šroubu vhodným klíčem pro určení prodloužení šroubu a tedy utahovacího pnutí; předem určeného utahovacího pnutí se tak dosáhne postupným přibližováním a pracným a zdlouhavým postupem.

Druhé popsané technické řešení má oproti prvnímu tu značnou výhodu, že utahování šroubu a měření jeho prodloužení se provádí současně bez nutnosti zastavení šroubování;avšak skutečnost, že ultrazvukový převodník se otáčí se šroubovou hlavou, znamená problém v přenášení signálů ad převodníku do centrální, jednotky , umístěné vně šroubové hlavy.

V současné době je problém přenášení signálů od převodníku, který se otáčí se šroubovou hlavou, do pevné centrální jednotky řešen způsobem ne zcela uspokojivým, a to za použi4-í—k-l-uz-n-vch-kontak-tů—ne.bo„rA.uíov.ých kontaktů; velmi nízká napětí, řádově několik m álo milimetrů, generované převodníkem pro přenos do centrální jednotky, jsou značně naručována úbytky napětí, jež nastávají ve spojitosti s kluznými kontakty a jež' jsou nadto proměnlivá; kluzné kontakty jsou také v.y.s.tave-. ny častému opotřebení, což.vyžaduje údržbu celé šroubové hlavy.

Použití kontaktů ponořených do rtuti však zahrnuje' vytváření kontaktů v utěsněných komorách a je pokládáno za riskantní v důsledku jedovatosti rtuti.

Jelikož horní povrch hlavy Šroubu není dokonale rovný, buď v důsledku nepřesného dohotovení nebo někdy v důsledku aplikace vhodných výrobních a identifikačních značek, není kromě toho spojení mezi ultrazvukovým převodníkem a povrchem dokonalé, i když tam je film tekutiny propustné pro ultrazvuk; toto nedokonalé spojení mezi převodníkem a hlavou šroubu často vede k nesprávné funkci a někdy k chybným měřením délky a utahovacího pnutí šroubu.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je vytvoření šroubového zařízení, které má prostředky pro měření utahovacího pnutí ve šroubu, které může utáhnout šroub rychle za současného měření upínacího pnutí v tomto šroubu, a u kterého přesnost měření není závislá na stavu dohotovení horního povrchu hlavy šroubu; přesnost měření upínacího pnutí musí také být nezávislá na způsobu konstruování a na složkách linky pro přenos signálů mezi převodníkem a centrální jednotkou.

Uvedeného účelu se dosáhne vynálezu, který se týká šroubovacího zařízení s ústnojim pro měření utahovacího pnutí na šroubu, toho typu, který zahrnuje nosné rameno, obsahující převodové členy a nese šroubovou- hlavu převodovým hřídelem, spojeným s převodovými členy, přičemž šroubová hlava je pohyblivá vůči nosnému ramenu a obsahuje pomůcky pro nosné ústro jí k měření upínacího pnutí ve šroubu, kteréžto zařízení i je vy značeno tím, že ústrojí pro uložení měřicích pomůcek sestává ze sklíčidla, které je vůči ramenu nepohyblivé, přičemž převodový hřídel je dutý a obsahuje prostředky pro uložení a ustálení sklíčidla, dále ústrojí pro přenos signálu mezi měřicím ústrojím a centrální zpracovávací jednotkou, jež je umístěno vně šroubovacího zařízení, a konečně ústrojí pro dodávání tekutiny, propustné pro ultrazvuk, do zařízení prd měření utahovacího pnutí.

Pro lepší porozumění bude vynález nyní popsán na příkladu jeho provedení v souvislosti s výkresem, znázorňujícím šroubovací zařízení podle vynálezu. Zařízení 1_ obsahuje nosné rameno 2, obsahující převodové členy, které nejsou znázorněny na výkresu, jelikož jejich kon strukce je známa; rameno 2 nese pomocí převodového hřídele 2» spojeného s převodovými členy, šroubovou hlavu 2» která je pohyblivá vůči ramenu 2.

Podle vynálezu obsahuje šroubovací hlava 2 pevné sklíčidlo J5> které zase obsahuje ultrazvukový převodník £, například toho typu, který pracuje piezoelektrickým efektem, pro měření délky šrozbu 7 .

v

Převodový hřídel 2 J^e dutý a obsahuje tyč 8 P^t0 usazení a ustálení sklíčidla 2; hřídelem 2 také procházejí kabel 11 pro výměnu signálů mezi převodníkem £ a centrální zpracovávací jednotkou známého typu, na výkresu neznázorněnou, a ohebná trubka 12 pro dodávání tekutiny, propustné pro ultrazvuk, do převodníku £.

Sklíčidlo 2 Ó^e' připojeno a ustředěno na otočné části 21 hlavy 2 pomocí tří kroužků otáčivých těles 15a, 15b a 15c, z nichž první je vloženo mezi vnitřní prstenec 16 a vnější prstenec 17 a obě druhá jsou vložena mezi vnější prstenec a

-d-v-a-p-r-s-tencp.cs-tene.c—1.6—a„1.3 „i.sou -Př.iaevněny. ke skličid-_ lu 5 a prstenec 17 je upevněn na otečné tčásti 14.

Ha výkresu jsou znázorněny šrouby 19 a 20, které připevňují prstenec 13 ke sklíčidlu 5 a prstenec 17 k otočné části 14·. ---4Otáčivá tělesa 15a odolávají radiálním zátěžím a otáčivá tělesa.15b a 15c odolávají osovým zátěžím.

Mezi vnějším bočním povrchem 25 jednoho konce sklíčidla 2 a vnitřním bočním povrchem pohyblivé části 14 hlavy 4 je těsnění 25 nepropustné pro tekutinu, druhé těsnění 26, nepropustnérpro tekutinu, je uložena mezi osazením 27 na dnu pohyblivé části 14 a mezi horním povrchem 23 hlavy. 31 šroubu ]_; takto se při používání vytvoří tekutinotěsná komora 29 mezi sklíčidlem 2» převodníkem 6, horním povrchem 23 šroubu 1_ a vnitřní stěnou 24 pohyblivé části 14' šroubové hlavy 2» kterážto

- 6 komora může zadržet tekutinu přiváděnou trubkou 12 a osovým otvorem 41 ve sklíčidle 2·

Podle vynálezu má sklíčidlo dutinu 22» v podstatě válcovou pro uložení převodníku £ při práci; první konec 22 dutiny 32 je umístěn proti hornímu povrchu 23 šroubu 2 ^θ má otvor 34, kterým může 'vyčnívat převodník 2; opačný konec 35 dutiny má průchozí otvor 36, kterým může při práci procházet kabel 22; dutina 32 má také vnitřní osazení 37.

Ultrazvukový převodník 6 je v podstatě válcový a je uložen v dutině 32; první konec 42 převodníku 2» ležící proti hornímu povrchu 23 hlavy 31 šroubu ]_, vyčnívá ze sklíčidla 2» druhý protilehlý konec 43 převodníku 2 má nákružek 44 pro spolupráci v dosednutí na osazení 37 v dutině 32 při činnosti

Podle vynálezu je převodník 2 udržován ve styku s osazením 37 dutiny 32 pružinou £5» jejíž jeden konec 46 je ve styku s převodníkem 2 ^a protější konec 47 je ve styku s koncovým povrchem 43 dutiny 22*

Jak je znázorněno na výkresu, jsou tekutinotěsná komora 29 a tvarovaná dutina 50 vytvořeny v pouzdra 52, které je upevněno k vnější části 14 šroubové hlavy £ jakýmkoliv vhodným způsobem.

Při použití se šroub 2 uloží do tvarované dutiny 50 na jednom konci 51 šroubové hlavy2 ve styku s těsněním 26; tekutina, propustná pro ultrazvuk, se vstřikne ohebnou trubkou 12 a otvorem 41 do komory 29, která se úplně:a rovnoměrně naplní; pak může začít počáteční šroubovací období, při kterém se pohyblivá část hlavy 2 otáčí pro zašroubování šroubu 2 do jeho sedla, což není na výkresu znázorněno.

Při tomto období měří převodník 2 délku šroubu 2 jek ^v klidu tak i , když jeho hlava 31 dosedne na povrch jeho sedla což není na výkresu znázorněno.

Takto lze snadno zjistit z prodloužení šroubu upínací pnutí v tomto šroubu 2·

Podle jednoho provedení, na výkresu neznázorněného, avšak spadajícího do rámce vynálezu, může být šroubovací zařízení 2 spojeno s centrální zpracovávací jednotkou, která může uložit do paměti předem určené utahovací pnutí a může samočinně zastavit otáčení pohyblivé části 14 hlavy 2, když se dosáhne předem určeného upínacího pnutí ve šroubu 2*

Výhody vynálezu vyplývají jasně z popisu. Přítomnost ultrazvukového převodníku uvnitř šroubovacího zařízení umožňuje plynulé měření utahovacího pnutí ve šroubu a také umožňuje propojení se systémem pro samočinné zastavení zařízení, když se dosáhne předem určeného utahovacího pnutí; pevný převodník také odstraňuje problémy spojené s užitím kluzných nebo rtutových kontaktů, pokud jde o přenos signálu a o udržování těchto kontaktů.

Vložení rovnoměrné vrstvy tekutiny propustné pro ultrazvuk mezi pevný převodník a hlavu šroubu odstraňuje kromě toho problémy spojené se stupněm konečné úpravy povrchu hlavy šroubu, takže je dokonce možné- uží-t- šroubů- s -různými . s.tupni ... dohotovení nebo s identifikačními značkami, vyraženými do horních ploch jejich hlav, aniž*by bylo zapotřebí jejich povrchy před šroubováním vyrovnat do plochy.

Claims (6)

1. Šroubovací zařízení s ústrojím pro měření utahovacího pnutí ve šroubu, toho typu·,, který zahrnuje nosné rameno, obsahující převodní členy a nese šroubovou hlavu převodovým, hřídelem, spojeným s převodovými členy, přičemž šroubová hlava je pohyblivá vůči nosnému ramenu a obsahuje pomůcky pro nosné ústrojí k měření upíoacího pnutí ve šroubu, vyznačující se ím, že ústrojí pro uložení měřicích pomůcek (6) sestává ze sklíčidla (5), které je vůči ramenu (2) uloženo·pevhě, přičemž převodový hřídel (3) je dutý a obsahuje prostředky (3) pro uložení a ustálení sklíčidla (5), dále ústrojí (11) pro přenos signálu mezi měřicím ústrojím (6) a centrální zpracovávací jednotkou, jež je umístěno vně šroubovacího zařízení (1), a konečně ústrojí (12) pro dodáváni tekutiny, propustné pro ultrazvuk; do zařízení (6) pro měření utahovacího pnutí.

2. šroubovací zařízení podle nároku 1, vyznačují cí se tím, že šroubovací hlava (4) má první tekutinotěsné ústrojí (26) mezi dolním osazením (27) hlavy (4) a horním povrchem (23) šroubu (7), a to v/.hlavě (4), a druhé tekutinotésné ústrojí (25) mezi vnitrní stěnou (24) šroubové hlavy (4) a odpovídajícím vnějším povrchem (23) pevného sklíčidla (5), takže se tekutinotěsná komora (29) pro uložení tekutiny, propustné pro ultrazvuk, při použití vytvoří mezi šroubovou hlavou (4), měřicím ústrojím (6) a horním povrchem (23) šroubu (7).

3. Šroubovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pevné sklíčidlo (5) má prakticky válcovou dutimu (32) pro uložení měřicího ústrojí (6), dutina (32) má naprvním konci (33), ležícím proti hornímu povrchu (28) šroubu (7), otvor (34), kterým může vyčnívat měřicí ústrojí (6), a na druhém konci (35), ležícím proti prvnímu kopci (33), má průchozí otvor (36) pro uložení vysílacího ústrojí (11), přičemž sklíčidlo (5) má průchozí otvor (41) pro průchod tekutiny vedle dutiny (32), a příslušná otáčivá tělesa (15a, 15b, 15c) jsou umístěna mezi sklíčidlem (5) a hlavou (4) se sklíčidlem (5) v osově ustálené poloze.

4. Šroubovací zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že měřicí ústrojí je v podstatě tvořeno válcovitým ultrazvukovým převodníkem (6), majícím první konec (43) a druhý, protilehlý konec (42) ležící proti hlavě (31) šroubu (7), přičemž nákružek (44) převodníku (6) je umístěn v dutině (32) ve sklíčidle (5) a je udržován ve styku s okrouhlým osazením (37) v dutině (32) pružným ústrojím (45), které zase je uloženo v dutině (32).

5. Šroubovací zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ústrojí pro dodávání tekutiny propustné pro ultrazvuk, je tvořeno ohebnou, trubkou (12).

6. šroubovací zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ústrojí pro .přenos signálu je tvořeno v zásadě.někqlikavpdičoyým kabelem (11).