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Clé à serrage contrôlé
EP1462220A1
European Patent Office
- Other languages
German English - Inventor
Alain Pyre Gilles Frechon Pascal Coudrier Ange-Marie Guillemin Christian Roure - Current Assignee
- Safran Aircraft Engines SAS
Worldwide applications
Application EP04290603A events
2004-03-05
2004-09-29
2006-01-04
Application granted
2006-01-04
2024-03-05
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Description
translated from
La présente invention se rapporte au domaine du serrage contrôlé
et plus particulièrement aux clés de serrage manuelles, telles que des clés
dynamométriques, comprenant des moyens électriques ou électroniques
de mesure et de traitement pour informer l'opérateur qu'une valeur de
consigne est atteinte.
Le contrôle du serrage d'éléments de visserie peut être mis en
oeuvre avec différentes méthodes, à savoir en mesurant le couple, l'angle
ou bien l'effort de serrage. La méthode la plus utilisée est le serrage au
couple, en utilisant soit des clés à déclenchement, soit des clés
électroniques. Le serrage à l'angle est très utilisé dans l'industrie
automobile. Celui-ci peut être mis en oeuvre avec une clé de serrage
manuelle qui comprend des moyens de mesure de l'angle de serrage. Le
serrage à l'effort n'est utilisé jusqu'ici que sur des liaisons très spécifiques.
Par exemple, il existe des clés qui permettent de serrer à l'effort mais
seulement jusqu'à la limite élastique. D'autres clés de serrage connues
autorisent un serrage à l'effort dans un domaine plus étendu mais
nécessitent alors d'effectuer le serrage en trois étapes successives (i.e.
serrage jusqu'à une estimation du serrage visée, puis desserrage complet
et enfin resserrage jusqu'à la valeur calculée), ce qui peut être
préjudiciable à l'intégrité de la liaison. Dans ces applications, le serrage est
contrôlé au moyen de systèmes de mesures par ultrasons ou de tendeurs
hydrauliques.
Le serrage au couple a l'avantage d'être simple à utiliser. En
revanche, il présente un inconvénient majeur : pour un couple de serrage
donné, l'effort sur la visserie varie fortement, suite à l'importante
dispersion du coefficient de frottement. Ceci est illustré schématiquement
sur la figure 9. Sur cette figure on constate que pour un couple de
consigne donné Cappliqué, il résulte, en raison de la dispersion du coefficient
apparent de frottement [ƒmin, ƒmax], une dispersion [Fmin, Fmax] de l'effort F
de traction sur la visserie et, par conséquent, de la déformation
mécanique.
Pour des lubrifications à base de Téflon@ par exemple, comme
celles utilisées sur les moteurs cryotechniques, l'expérience a conduit à
prendre en compte une dispersion de l'ordre de 300 % sur ce coefficient
lors du dimensionnement des liaisons vissées. L'importance de cette
dispersion est à l'origine de nombreuses difficultés, voire impossibilités, de
dimensionnement du couple de consigne. En effet, en conception et pour
un serrage au couple, il faut prendre en compte les bornes extrêmes du
domaine de variation du coefficient de frottement: les faibles coefficients
conditionnent la tenue mécanique de l'assemblage, tandis que les
coefficients les plus élevés sont responsables de la qualité du serrage des
liaisons (écrasement suffisant des joints, serrage suffisant des brides,
etc...). Une telle situation n'est pas satisfaisante car elle conduit à un
surdimensionnement des liaisons qui est préjudiciable tant du point de vue
de la masse, qu'en ce qui concerne le comportement mécanique de la
visserie dans le temps (fatigue, desserrage,...).
D'autre part, il faut tenir compte de la déformation mécanique de la
visserie résultant de l'effort de traction qui lui est appliqué. En effet, lors
d'une opération de serrage, on a initialement un régime de déformation
élastique (i.e. réversible), où la déformation varie linéairement avec
l'effort, puis, si l'on poursuit le serrage, un régime de déformation
plastique (i.e. irréversible), où la déformation varie de plus en plus
rapidement avec la contrainte, pour finir à la rupture. De ce comportement
il résulte qu'un serrage au couple, conduisant à un effort de traction très
dispersé, doit être effectué de préférence dans le domaine des
déformations élastiques de la visserie loin de la limite d'élasticité.
Il existe actuellement des clés de serrage permettant un contrôle
soit du couple de serrage seul, comme décrit dans le document US 3 710
874, soit simultanément du couple de serrage et de l'angle de rotation afin
d'effectuer un serrage de visserie correspondant à une valeur visée pour le
couple de serrage et/ou l'angle de rotation. Un tel dispositif est
notamment décrit dans la demande de brevet européen EP 1 022 097. Il
existe enfin des dispositifs de serrage dynamométriques avec des moyens
de traitements élaborés qui permettent d'augmenter la précision du
serrage. Un tel dispositif est notamment décrit dans la demande de brevet
français FR 2 780 785. Cependant, avec ce type de dispositif, le contrôle
du serrage ne peut être réalisé qu'avec une procédure de serrage
spécifique comprenant des étapes intermédiaires de serrage et desserrage
pour atteindre une valeur visée.
En résumé, aucun des dispositifs de serrage connus ne fait état
d'une clé de serrage manuelle permettant de déterminer l'effort instantané
de traction exercé sur la visserie, paramètre conditionnant la qualité du
serrage et sa tenue dans le temps. D'autre part, il n'existe pas de
dispositifs qui permettent de reprendre directement et sans risque un
serrage interrompu.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et
à réaliser une clé de serrage qui évite le surdimensionnement des liaisons
à visser tout en permettant le serrage en une seule étape. L'invention vise
également à réaliser une clé qui permet de reprendre sans difficulté un
serrage interrompu avant d'avoir atteint la valeur visée.
Ces buts sont atteints grâce à une clé de serrage comprenant un
moyen de mesure instantané du couple appliqué, une tête apte à coopérer
avec un élément de visserie, ladite tête étant équipée d'un moyen de
mesure instantané de l'angle de rotation, et des moyens d'entrée pour
enregistrer des caractéristiques de l'élément de visserie ainsi qu'une valeur
de consigne pour le serrage, caractérisée en ce que la clé comprend en
outre des moyens de traitement pour calculer l'effort de traction
instantané sur l'élément de visserie en fonction des valeurs instantanées
mesurées du couple et de l'angle ainsi que des caractéristiques de
l'élément de visserie enregistrées.
Ainsi, l'effort de traction instantané est directement calculé pendant
le serrage ce qui permet, soit de pouvoir directement effectuer un serrage
contrôlé à l'effort, soit de disposer de la valeur de l'effort en fin de
serrage. La qualité du serrage peut donc être contrôlée directement
pendant le serrage ou dès la fin de ce dernier. Le surdimensionnement
des liaisons peut être ainsi évité.
La clé de serrage de la présente invention permet également
d'obtenir et de mémoriser un ensemble d'informations sur le coefficient de
frottement apparent de la liaison, en particulier l'évolution de ce coefficient
en fonction de la vitesse et du temps ainsi que la différence entre le
coefficient de frottement statique et dynamique. L'accès à ce type
d'informations relatives au coefficient de frottement permet de déceler
d'éventuelles anomalies comme par exemple le grippage de la liaison si le
coefficient de frottement détecté est trop important.
Les moyens de traitements calculent l'effort instantané en temps
réel, ce qui permet d'effectuer le serrage de l'élément de visserie en une
seule étape.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de traitement
comprennent des moyens logiciels pour calculer le coefficient de
frottement instantané de l'élément de visserie ou pour reprendre un
serrage interrompu avant l'atteinte de la valeur de consigne.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de
traitement comprennent des moyens logiciels pour détecter
automatiquement, au cours de l'opération de serrage, le passage du
domaine élastique au domaine plastique et pour calculer l'effort instantané
de traction sur la visserie en fonction du résultat de la détection du
domaine de serrage.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, le moyen de mesure
instantané de l'angle de rotation comprend une douille apte à coopérer
avec l'élément de visserie, un élément d'appui formé d'un matériau à
faible coefficient de frottement pour ne pas perturber la mesure du couple
de serrage et un ressort interposé entre la douille et l'élément d'appui.
L'extrémité de l'élément d'appui destinée à être en contact avec l'élément
de visserie est munie d'un matériau à fort coefficient de frottement, tel
que du caoutchouc, pour que la partie de la douille servant à mesurer
l'angle de rotation s'appuie sans tourner sur l'élément fileté de visserie à
serrer.
La clé peut comprendre en outre des moyens de stockage et un
dispositif d'affichage pour mémoriser et indiquer des informations relatives
au serrage telles que les valeurs du couple et de l'angle de rotation
mesurées pendant le serrage, l'effort de traction calculé pendant le
serrage, les coefficients de frottement statique et dynamique calculés
pendant le serrage, ainsi que le domaine du serrage.
La valeur de consigne peut correspondre à un effort de traction, à
un couple, ou bien à un angle de serrage prédéterminé. Le dispositif
comprend des moyens d'avertissement commandés par les moyens de
traitement lorsque la valeur calculée ou mesurée atteint la valeur de
consigne.
Selon l'invention, le moyen de mesure instantané du couple
appliqué, les moyens d'entrée, les moyens de traitement et, le cas
échéant, le dispositif d'affichage, sont disposés dans un manche relié à la
tête de la clé pour permettre à un opérateur d'effectuer le serrage
manuellement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de
la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention,
donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins
annexés, sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique du circuit de contrôle de la clé de serrage conformément à un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective et en coupe partielle d'un mode de réalisation de la clé selon l'invention utilisé pour le serrage d'une liaison type boulon,
- la figure 3 est une courbe montrant l'évolution de l'effort de traction F(t) en fonction du couple C(t) et de l'angle de rotation (t) mesurés conformément à l'invention,
- la figure 4 est une courbe montrant l'allure théorique du coefficient de frottement f entre deux surfaces en contact en fonction de leur vitesse relative V,
- la figure 5 est une courbe montrant l'évolution de l'effort de traction F(t) en fonction du couple C(t) et de l'angle de rotation (t) mesurés en cas de serrage interrompu conformément à l'invention,
- la figure 6 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la clé selon l'invention utilisé pour le serrage d'une vis,
- la figure 7 est une vue en coupe partielle d'un mode de réalisation de la clé selon l'invention utilisé pour le serrage d'une liaison de type union,
- la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un exemple de configuration de la clé selon l'invention utilisé pour le serrage d'une liaison de type raccord, et
- la figure 9 représente des courbes d'effort de traction F en fonction du couple de serrage C.
La méthode de contrôle du serrage mise en oeuvre dans la clé de la
présente invention nécessite deux types de mesures, celle du couple de
serrage appliqué et celle de l'angle de rotation du serrage.
La mesure du couple est effectuée de façon conventionnelle comme
dans la plupart des clefs dynamométriques du commerce, c'est-à-dire par
extensométrie à l'aide de signaux issus de jauges de contrainte.
La mesure de l'angle de rotation est effectuée, électriquement ou
électroniquement, à l'aide de deux surfaces cylindriques concentriques de
la liaison. Le dispositif de mesure utilisé doit générer un faible coefficient
de frottement entre les parties mobiles pour ne pas affecter
significativement le couple de serrage pris en compte dans les calculs. Un
tel dispositif peut être par exemple un système à billes, ou bien tubes ou
barres constitués de matériaux à faibles coefficients de frottement, tels
que le Téflon®. Ce dernier type de dispositif de mesure de l'angle de
rotation sera décrit plus en détail dans la suite de la présente description.
La figure 1 est un schéma fonctionnel qui illustre schématiquement
le système mis en oeuvre dans la clé de serrage de la présente invention.
La clé comprend tout d'abord des moyens de traitement programmables,
tel qu'un microprocesseur ou calculateur 1, pour réaliser les calculs
nécessaires au contrôle du serrage selon l'invention. Le microprocesseur a
également pour fonction la gestion des entrées et sorties du système pour
permettre à un opérateur de contrôler le serrage. A cet effet, le
microprocesseur 1 reçoit en entrée une valeur instantanée C(t) du couple
de serrage issue d'un dispositif de mesure du couple 2 et une valeur
instantanée (t) de l'angle de rotation donnée par un dispositif de mesure
de l'angle 3. Le microprocesseur 1 est également relié à un moyen
d'entrée de données, tel qu'un clavier 4, pour permettre à l'opérateur
d'indiquer les valeurs de consigne (i.e. effort, couple, angle) qu'il souhaite
atteindre ainsi que les paramètres physiques de la liaison à serrer qui
seront utilisées dans les calculs.
Afin d'avertir l'opérateur que la valeur de consigne est atteinte, le
système peut comprendre un avertisseur sonore 7 et/ou un avertisseur
lumineux, tel qu'une diode électroluminescente 6, qui sont activés par un
signal d'avertissement Savertissement envoyé par le microprocesseur. Le
système comprend en outre un dispositif d'affichage 5, relié au
microprocesseur, pour afficher les différentes données à entrer par
l'opérateur ainsi que toutes les données disponibles en fin de serrage sous
forme numérique ou graphique.
La méthode de contrôle de serrage objet de l'invention met en
oeuvre un traitement mathématique, effectué par le microprocesseur, qui
est décrit ci-après.
Par souci de simplification, on considère le cas particulier du
serrage de boulons. Cette procédure est néanmoins généralisable à
d'autres types de liaisons vissées comme des vis, bouchons, unions ou
raccords, comme il sera précisé plus loin.
La figure 2 illustre une opération d'assemblage de deux pièces 130
et 131 par serrage d'une liaison 120 de type boulon comprenant une vis
121 et un écrou 122. Les pièces qui sont en rotation lors du serrage sont
représentées en traits pleins alors que les pièces fixes sont représentées
en traits discontinus. Pour serrer la liaison 120, on utilise une clé de
serrage 100 qui comprend une tête 101 disposée à l'extrémité d'un
manche 102. Le microprocesseur 1, le clavier 4 ainsi que le dispositif
d'affichage 5 peuvent être compris dans le manche 102 ou bien être
déportés de la clé en étant connectés à cette dernière via une liaison série
par exemple.
La vis 121 comprend une partie filetée 121A reliée à une tête 121B
qui est maintenue en position par une contre-clé 104. L'assemblage des
pièces 130 et 131 est alors réalisé par serrage de l'écrou 122 au moyen de
la clé 100. La clé 100 comprend un moyen de mesure (non représenté) du
couple de serrage appliqué, comme par exemple des jauges de
contraintes, qui délivre un signal électrique proportionnel au couple
appliqué.
Dans ce mode de réalisation, l'angle de rotation est mesuré par un
dispositif de mesure 110 qui comprend une douille de serrage 112
coopérant avec l'écrou 122. Le dispositif de mesure 110 mesure la rotation
différentielle entre la douille 112 et la vis 121. A cet effet, le dispositif de
mesure 110 comprend une barre 111 en Téflon® interposée entre la vis
121 et un ressort 113 en appui sur la douille 102. Une pastille
antidérapante 114 est interposée entre la surface de contact de la vis et la
barre 111 pour que la partie de la douille servant à mesurer l'angle de
rotation s'appuie sans tourner sur la vis à serrer. Le ressort sert à
appliquer un effort normal suffisant sur la pastille antidérapante pour
éviter que celle-ci tourne. La mesure de l'angle de rotation peut être faite
selon plusieurs techniques conventionnelles telles qu'une mesure
mécanique (ex. ressort spirale), électrique (ex. type rhéostat), optique ou
magnétique.
Dans le cas de boulons sollicités dans le domaine des déformations
élastiques, l'effort de traction instantané F(t) peut être calculé à l'aide de
la relation (1) suivante :
F(t) = K.x(t) = E.AL .(t).p360°
avec :
Les valeurs E, A, L et p sont saisies par l'opérateur au moyen du
clavier 4. L'angle de rotation (t) est mesuré par le dispositif de mesure 3
de la clé.
En cours de serrage, on calcule le coefficient de frottement
instantané ƒ(t) de la visserie à l'aide de la relation (2) ci-dessous:
avec :
et :
Pour le domaine élastique, le calcul de f(t) est possible car on
connaít la valeur de l'effort F(t), déduit de la relation (1) ci-dessus et celle
du couple C(t) qui est mesurée directement.
Le comportement mécanique du serrage est représenté
graphiquement sur la figure 3, donnant la variation de l'effort de traction
en fonction du couple de serrage C(t) (courbe A) ou de l'angle de rotation
(t) (courbe B).
Dans le cas d'un serrage à l'effort, la procédure consiste à
introduire, avant serrage, les valeurs des paramètres suivants : Fconsigne, p,
E, A, L, Dt, d, α, d2, β. Par conséquent, puisque l'effort instantané F(t) est
calculé tout au long de l'opération de serrage, l'effort de serrage résultant
sera précisément l'effort de consigne saisi par l'opérateur. Ainsi, les
dispersions importantes sur l'effort de serrage qui existaient avec les clés
de serrage au couple de l'art antérieur sont éliminées. Le
surdimensionnement des liaisons n'est plus nécessaire puisqu'on garantit
par avance l'effort de serrage obtenu.
De plus, grâce aux mesures simultanées du couple et de l'angle de
serrage ainsi qu'au traitement mathématique décrit ci-dessus, l'effort
instantané peut être calculé en temps réel ce qui permet de réaliser des
serrage à l'effort en une seule étape.
La figure 3 montre comment est déterminé l'instant où est atteinte
la valeur de consigne Fconsigne pour l'effort de traction, selon que la liaison
mécanique reste dans le domaine des déformations élastiques ou bien, au
contraire, atteint le domaine des déformations plastiques.
Si la liaison reste dans le domaine des déformations élastiques, il
suffit dans ce cas d'interrompre le serrage lorsque l'effort F(t), calculé
selon la relation (1) atteint la valeur de consigne Fconsigne.
Si au contraire la liaison plastifie, les moyens de traitement
détectent, en temps réel, le début de la plastification grâce à la diminution
de la pente de la courbe B. Dès cet instant, F(t) cesse d'être déterminé à
partir de (1) qui n'est plus valable mais est calculé de la façon suivante.
Lorsque la liaison commence à plastifier, on constate, comme indiqué sur
la figure 4, qui montre l'allure théorique du coefficient de frottement entre
deux surfaces en contact en fonction de leur vitesse relative V, que le
coefficient de frottement ƒ(t) tend rapidement vers une valeur constante
ƒ dynamique. Cette valeur peut être calculée approximativement au moyen de
la relation (2), appliquée à la limite du domaine élastique, où la relation
(1) est encore valable pour déterminer l'effort de traction instantané F(t).
Il suffit ensuite d'utiliser la relation (2), réduite dans ce cas à une simple
équation linéaire, avec la valeur constante trouvée pour ƒ dynamique pour
déterminer F(t) et arrêter le serrage lorsque la valeur de consigne Fconsigne
est atteinte pour l'effort de traction.
Ainsi, le serrage à l'effort peut être réalisé aussi bien dans le
domaine élastique que plastique et ceci en une seule étape. En effet, les
moyens de traitement sont programmés pour détecter en temps réel le
passage du domaine élastique au domaine plastique et modifier en
conséquence le calcul de l'effort comme décrit ci-dessus.
Après serrage, un certain nombre d'informations, données dans le
tableau 1 ci-dessous sont disponibles. Elles sont affichées sur le dispositif
d'affichage 5.
| Caractéristiques finales du serrage | (C, , F)serrage |
| Caractérisation du frottement | ƒstatique et ƒdynamique |
| Plastification de la visserie | • serrage en domaine de déformations élastiques ou plastiques |
| • dans le cas d'un serrage dans le domaine des déformations plastiques : (C, , F)plastification | |
| Traçabilité du serrage | C(t), (t), F(t), f(t) |
La clé de serrage selon l'invention présente en outre l'avantage de
pouvoir reprendre un serrage interrompu avant d'avoir atteint la valeur de
consigne, contrairement au serrage conventionnel au couple (clé à
déclenchement par exemple). En effet, dans le cas d'un serrage au couple
avec une clé dynamométrique de l'art antérieur, si le serrage a été
interrompu avant son terme, il n'est plus possible d'atteindre l'effort visé
car, comme le montre la figure 4, lorsqu'on veut reprendre le serrage, le
coefficient de frottement est nettement plus élevé qu'avant interruption. Il
faut donc appliquer un couple de serrage supérieur à celui spécifié pour
que l'effort dans l'élément fileté puisse croítre à nouveau. Avec la clé de
serrage selon l'invention, cette situation est automatiquement détectée et
gérée grâce aux mesures instantanées effectuées sur le couple C(t) et
l'angle de rotation (t) d'une part, et aux paramètres, en particulier le
coefficient de frottement, calculés selon les équations (1) et (2) d'autre
part.
La figure 5 illustre un exemple de reprise de serrage interrompu
avec la clé selon l'invention. Sur la figure, le point A indique le moment où
le serrage est interrompu avant d'avoir atteint la valeur de consigne, c'est
à dire à la valeur Farrêtinterm < Fconsign. Les moyens de traitement de la clé
détectent que le serrage est interrompu car Farrêtinterm < Fconsigne alors que
l'angle de rotation (t) n'évolue plus. La valeur intermédiaire Farrêtinterm est
mémorisée. A cet instant, on peut retirer la douille et faire toute sorte
d'opérations de contrôle sur l'équipement. Quand le serrage reprend, les
moyens de traitement le détectent par l'information donnée par le couple
C(t) qui évolue à nouveau. Les moyens de traitements décèlent le moment
où l'angle de rotation (t) recommence à croítre et, dès que c'est le cas,
calculent le coefficient de frottement f(t) dont l'évolution est représentée
par les courbes en traits discontinus f statique' et f dynamique'. Ainsi, le serrage
sera terminé lorsque la valeur de l'effort mesuré ΔF(t), ajouté à celle
mémorisée Farrêtinterm lorsque le serrage a été interrompu, atteint la valeur
de consigne, soit lorsque:
Farrêtinterm + ΔF(t) = Fconsigne
Les courbes de la figure 5 montrent que, dans le cas d'un serrage
interrompu, il faut donner plus de couple que dans le cas d'un serrage
continu. La procédure ci-dessus décrite permet de prendre en compte la
réalité physique, à savoir que le coefficient de frottement peut différer
après l'interruption du serrage (adaptation des états de surface).
L'utilisation de la clé de serrage de la présente invention n'est pas
limitée au serrage de boulons. Par exemple, la clé peut être utilisée pour
le serrage de vis, bouchons, unions et raccords comme illustré dans les
figures 6 à 8. Comme pour la figure 2, les pièces qui sont en rotation lors
du serrage sont représentées en traits pleins alors que les pièces fixes
sont représentées en traits discontinus.
La figure 6 illustre la configuration utilisée pour le serrage d'une vis
ou bouchon 221 afin d'assembler une première pièce 230 avec une
seconde pièce 231 taraudée pour recevoir la partie filetée 221A de la vis.
Le serrage est effectué avec une clé 200 similaire à la clé 100 de la figure
2. L'angle de rotation est mesuré par un dispositif de mesure 210 qui
comprend une douille de serrage 212 coopérant avec la tête 221B de la
vis. Le dispositif de mesure 210 mesure la rotation différentielle entre la
douille 212 et la première pièce 230 au moyen d'un ressort 213 disposé
autour de la périphérie externe de la douille, un tube en Téflon@ 211,
muni d'un anneau antidérapant 214, étant interposé entre le ressort 213
et la surface supérieure de la première pièce 230.
La figure 7 montre le serrage d'un union 330 sur un élément
d'implantation 331 avec interposition d'un joint d'étanchéité 332 type joint
en V. Dans cette configuration, le dispositif de mesure de l'angle de
rotation 310 comprend une douille de serrage 312 avec un ressort 313, un
tube en Téflon@ 311 et, éventuellement un anneau antidérapant 314,
pour mesurer la rotation différentielle entre la douille et l'élément
d'implantation 331.
Enfin, la figure 8 montre le serrage d'un raccord à portée conique
formé de deux pièces de tubulure 430 et 431 assemblées par une bague
écrou 432. Dans cet exemple d'application de la clé selon l'invention, le
dispositif de mesure de l'angle 410 toujours formé d'une douille de serrage
412, d'un ressort 413, d'un tube 411 et d'un anneau antidérapant 414,
mesure la rotation différentielle entre la douille et une contre-clé de
serrage 414 utilisée pour maintenir en position la pièce de tubulures 431.
L'opération de serrage décrite plus haut dans le cas particulier du
serrage à l'effort de boulons peut aisément se généraliser aux autres
configurations décrites en relation avec les figures 6 à 8. Pour ce faire, il
suffit pour cela d'adapter le paramètre longueur L à chacune de ces
configurations. Comme illustré sur les figures 2, 6 et 7, le paramètre L
représente la longueur de la partie de l'élément fileté qui n'est pas en
coopération vis/écrou, l'écrou pouvant être une pièce comme sur la figure
6.
Les schémas de principe décrits précédemment pour les différentes
configurations possibles de serrage font appel à des systèmes de mesure
de l'angle de rotation utilisant des ressorts. D'autres moyens sont
possibles, comme par exemple une mesure optique qui remplace à la fois
le ressort et la douille d'appui.
La clé de serrage et ses moyens de mesure et de contrôle peuvent
être également utilisés pour d'autres méthodes de serrage telles que le
serrage au couple, à l'angle, au couple puis à l'angle (ou inversement), au
couple avec contrôle de l'angle (ou inversement).
Dans le cas du serrage au couple, le serrage s'effectue de la même
façon qu'avec une clé électronique conventionnelle. Il suffit d'introduire
sur la clé le couple visé Cconsigne (figure 1) puis de serrer jusqu'à ce qu'un
signal sonore et/ou lumineux annonce l'obtention du couple imposé.
L'instrumentation spécifique des douilles n'est pas utilisée dans ce type de
serrage. Dans le cas du serrage à l'angle, le serrage s'effectue suivant le
même principe que celui du serrage au couple. Il suffit d'indiquer sur la clé
l'angle de serrage visé consigne puis de serrer jusqu'à ce qu'un signal
sonore et/ou lumineux annonce l'obtention de l'angle de serrage imposé.
Dans le cas de serrage au couple puis à l'angle (ou inversement), il
faut appliquer successivement les procédures ci-dessus relatives au
serrage au couple puis au serrage à l'angle (ou inversement). Dans le cas
de serrage au couple avec contrôle de l'angle (ou inversement), ce
nouveau type de clé permet de vérifier l'angle de rotation de l'élément
fileté après application du couple de serrage spécifié. L'inverse est
également possible: serrage à l'angle jusqu'à une valeur imposée, puis
contrôle du couple. Dans tous les cas, la valeur de l'effort de traction F
résultant est disponible en fin de serrage ce qui permet de contrôler la
qualité de ce dernier.
Quelle que soit l'utilisation faite de ce nouveau type de clé, le
coefficient de frottement déterminé lors du serrage est fourni, ce qui
constitue une information supplémentaire quant à la qualité du serrage
effectué.
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- Clé de serrage (100) comprenant une tête (101) apte à coopérer avec un élément de visserie (122), un moyen de mesure instantané (2) du couple appliqué, une tête apte à coopérer avec un élément de visserie, ladite tête étant équipée d'un moyen de mesure instantané (3) de l'angle de rotation, des moyens d'entrée (4) pour enregistrer des caractéristiques de l'élément de visserie ainsi qu'une valeur de consigne pour le serrage, et des moyens de traitement (1) pour calculer l'effort instantané de traction sur l'élément de visserie en fonction des valeurs instantanées mesurées du couple et de l'angle ainsi que des caractéristiques de l'élément de visserie enregistrées,
caractérisée en ce que les moyens de traitement (1) comprennent en outre des moyens logiciels pour détecter automatiquement, au cours de l'opération de serrage, le passage du domaine élastique au domaine plastique et pour calculer l'effort instantané de traction sur la visserie en fonction du résultat de la détection du domaine de serrage. - Clé de serrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de traitements calculent l'effort instantané en temps réel afin d'effectuer le serrage de l'élément de visserie en une seule étape.
- Clé de serrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de traitement (1) comprennent en outre des moyens logiciels pour calculer le coefficient de frottement instantané de l'élément de visserie au cours du serrage, le calcul du coefficient de frottement instantané (C(t)) étant effectué par résolution de l'intégrale suivante :avec :
et :
Dt : diamètre équivalent de contact entre la rondelle et la tête de la visd : diamètre du filetageα : angle d'hélice du filetage de la visseried2 : diamètre théorique de contact entre filets (sur flanc de filets)β : demi-angle du filetage de la visserie (30° pour filetage ISO M) - Clé de serrage selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour détecter des anomalies comme un grippage de la liaison en fonction de la valeur du coefficient de frottement mesurée.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen de mesure instantané de l'angle de rotation comprend une douille (112) apte à coopérer avec l'élément de visserie, un élément d'appui (111) formé d'un matériau à faible coefficient de frottement et un ressort (113) interposé entre la douille et l'élément d'appui, l'extrémité de l'élément d'appui destinée à être en contact avec l'élément de visserie étant munie d'un élément à fort coefficient de frottement (114).
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de traitement (1) comprennent des moyens logiciels pour reprendre un serrage interrompu avant l'atteinte de la valeur de consigne.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de stockage et un dispositif d'affichage (5) pour mémoriser et indiquer des informations relatives au serrage qui sont disponibles après l'opération de serrage.
- Clé de serrage selon la revendication 7, caractérisée en ce que les informations relatives au serrage comprennent notamment les valeurs du couple (C(t)) et de l'angle de rotation ((t)) mesurées pendant le serrage, l'effort de traction (F(t)) calculé pendant le serrage, les coefficients de frottement statique (f statique) et dynamique (f dynamique) calculés pendant le serrage, ainsi que le domaine du serrage avec des informations (C, , F)platification en cas de plastification de l'élément de visserie.
- Clé de serrage selon la revendication 7, caractérisée en ce que les informations relatives au serrage comprennent l'évolution du coefficient de frottement calculé en fonction de la vitesse et du temps.
- Clé de serrage selon la revendication 7, caractérisée en ce que les informations relatives au serrage comprennent la différence calculée entre le coefficient de frottement statique et dynamique.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la valeur de consigne correspond à un effort de traction prédéterminé et que le dispositif comprend des moyens d'avertissement commandés par les moyens de traitement lorsque la valeur de l'effort calculée atteint la valeur de consigne.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la valeur de consigne correspond à un couple de serrage prédéterminé et que le dispositif comprend des moyens d'avertissement commandés par les moyens de traitement lorsque la valeur de couple mesurée atteint la valeur de consigne.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la valeur de consigne correspond à un angle de serrage prédéterminé et que le dispositif comprend des moyens d'avertissement commandés par les moyens de traitement lorsque la valeur d'angle de rotation mesurée atteint la valeur de consigne.
- Clé de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que ladite clé est une clé de serrage manuelle, le moyen de mesure instantané (2) du couple appliqué, les moyens d'entrée (4) et les moyens de traitement (1) étant compris dans un manche (102) pour permettre à un opérateur d'effectuer le serrage manuellement.