EP2712709B1 - Outil de serrage et son procédé - Google Patents

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EP2712709B1
EP2712709B1 EP13186061.1A EP13186061A EP2712709B1 EP 2712709 B1 EP2712709 B1 EP 2712709B1 EP 13186061 A EP13186061 A EP 13186061A EP 2712709 B1 EP2712709 B1 EP 2712709B1
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EP
European Patent Office
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torque
longitudinal direction
tool according
deformable body
clamping
Prior art date
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Active
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EP13186061.1A
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German (de)
English (en)
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EP2712709A1 (fr
Inventor
Didier Respaud
Marcel Schmiedel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
One Too
Original Assignee
One Too
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Publication date
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Publication of EP2712709A1 publication Critical patent/EP2712709A1/fr
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Publication of EP2712709B1 publication Critical patent/EP2712709B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B15/00—Screwdrivers
    • B25B15/02—Screwdrivers operated by rotating the handle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/0007—Connections or joints between tool parts
    • B25B23/0035—Connection means between socket or screwdriver bit and tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/142—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1422—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters
    • B25B23/1425—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters by electrical means

Definitions

  • the present invention relates to a clamping tool according to the preamble of claim 1 for fixing, in particular by screwing, any mechanical member. It can typically be screws or bolts.
  • the invention also relates to a method for determining torque when clamping according to the preamble of claim 14.
  • a tool and such a method is known from the document EP 1 022 097 A2 .
  • the document FR-A1-2 843 326 shows a torque wrench comprising an elastically deformable body and carrying two extensometers arranged at different distances from the clamping axis and connected in a Wheatstone bridge circuit and signal processing means from two extensometers for determining the value tightening torque.
  • the elastically deformable body can be connected to different extensions in order to ensure both a high torque measurement range and a high accuracy of the measurement.
  • the two different locations of the extensometers allow the determination of the bending moment at two different points in order to obtain the distance between the hand position on the key and the axis of the screwing.
  • a disadvantage of the torque wrench described is that a precise tightening with low torque can not be ensured, caused by the self weight of the lever of the key applying a force on the handle of the key and thus transmitting a torque to the element of fixation.
  • the invention overcomes all or part of the disadvantages of existing techniques and proposes in particular a clamping tool according to claim 1, the range of use is extended over the prior art.
  • the invention allows a screwing both in the form of a wrench and in the form of a screwdriver, while being able to ensure a determination of the tightening torque in these two modes of operation thanks to a direction detection of the torque.
  • Another object of the present invention is to provide the user with the possibility of maneuvering it either by rotation about its own longitudinal axis marked "x" on the following representations, by making it coincide with the main axis of the fastening element around which the latter must rotate to ensure the screwing, either by pivoting the invention perpendicularly to the main axis of the fastener and by performing the rotation intended to exert the tightening torque around the main axis marked "z" on the following representations of the fastener.
  • a torque determining device advantageously with electronic means for measuring the tightening torque and measuring the clamping angle in the two working directions using removable extensions of different lengths, and the automatic detection of said extensions or using fixed extensions in order to adapt the processing parameters and obtain a value of torque always faithful whatever the drive member used.
  • a clamping tool comprising: a handle having a longitudinal direction X, a plurality of interchangeable drive parts each capable of rotating a member to be clamped, a drive portion configured to transmit a torque exerted at the handle so as to produce a clamping at a drive part among the plurality of interchangeable drive parts and a torque determining device, the plurality of interchangeable drive parts comprises at the less a first drive part configured to rotate the member to be clamped in a direction parallel to the longitudinal direction X and at least a second drive piece configured to rotate the member to be clamped in a second different direction longitudinal direction and in that it comprises means for detecting the direction ection of the couple.
  • a method of determining torque when clamping a member to be clamped by means of a clamping tool which has a handle having a longitudinal direction X, a plurality interchangeable drive parts each capable of rotating a member to be tightened, a driving portion configured to transmit a torque exerted at the handle so as to produce a clamping at a workpiece among the plurality of interchangeable drive parts, wherein a clamping tool is used in which the plurality of interchangeable drive members comprises at least a first drive member configured to rotate the clamp member in a parallel direction; in the longitudinal direction X and at least one second workpiece configured to rotate the body to be tightened along a second direction different from the longitudinal direction, and comprising: a step of detecting the direction of the torque and a step of calculating the torque in which calculation parameters are adapted according to the direction of the detected torque.
  • the figure 1 illustrates a part of the tool according to the invention.
  • a handle 1 constitutes the gripping part by the user. In the example it comprises, distributed on its outer periphery, contact portions 4 providing increased friction so as to avoid slippage during handling of the tool.
  • the handle 1 receives a plug 3 which closes an interior space defined by the body 2 of the handle 1.
  • the longitudinal direction of the handle 1 is represented by the letter x and a transverse direction by the letter z.
  • the figure 5 presents these directions in an orthogonal coordinate system x, y, z.
  • FIG 2 This one is more visible in figure 2 which reveals that the portion 23 is a distal end of a test body 14 by which a tightening torque, exerted at the handle 1, can be transmitted to an organ to be clamped.
  • the drive portion 23 has a profile and dimensions adapted to a mechanical transmission of the torque to a drive part.
  • a part of such a drive part is visible in the form of a sleeve 24, also visible in figure 6 .
  • a first end of the sleeve 24 has a coupling cavity 26 at which can be fitted another portion (not shown) of a drive part, while preserving the transmission of the tightening torque.
  • the tool is biased about the x-axis while it is biased around an orthogonal axis x (y or z) in the second case.
  • the body 2 of the handle 1 can contain some other components of the tool.
  • a housing 7 is fixedly mounted (for example by screws) in the volume of the body 2 and has an elongated configuration providing tool placement areas of the tool. At a proximal end, the housing 7 has a location 58, configured to receive a supply 9 such a mono or multi-component battery.
  • the housing 7 then comprises a location 10 for receiving the processing means.
  • the latter may comprise at least one processor and data storage means, in particular program codes encoding calculation programs and parameter data making it possible to apply to the data processing different parameters depending on the type of training part and the direction of the torque (twisting or flexing).
  • the processing means are advantageously wholly or partly contained on one or more electronic cards 11.
  • This or these electronic cards 11 also advantageously have any interface element for the input and / or output of information to or from the means treatment.
  • this interface can inject information (signals) for direction detection of the torque or type of workpiece.
  • the interface also allows the provision of display or sound information in the direction (with or without wire) of a display or means of sound reproduction.
  • the housing 7 has a location 12 for connection to a deformable body 6.
  • the latter is visible in FIG. figure 5 especially. It has a connecting portion 13 adapted to be inserted in the location 12 and to be fixed (by screwing for example). It then comprises a test body 14 whose measurement function will be explained later, then a distal end at which the drive portion 23 is formed and allowing cooperation with the bushing 24 of one of the parts of FIG. training.
  • the handle assembly 1, housing 7, deformable body 6 and drive part is configured to allow the transmission of the torque exerted by a user to the body to be clamped. In this sense, the deformable body 6 is deformable only inelastically and only in small proportions, useful for measurements, but not significant in terms of torque loss.
  • all these parts are preferably metallic.
  • the body 6 comprises a test body 14 of smaller section than the connecting portion 13 and the driving portion 23.
  • This test body 14 is the place of a deformation during the application of a tightening torque. This deformation is due either to a torsion of axis x, or a transverse axis bending to x.
  • the test body 14 is preferably flattened so as to define two planes 15, 16 parallel to each other and to the x axis.
  • the test body 14 further comprises two successive sections 17, 18 along the x-axis and different areas in cross section, for example by forming a reduction in width at the section 17.
  • figure 5 schematizes the implantation of extensometers 19, 21, which may be of common design, at the level of section 17 and section 18, respectively.
  • figure 9 shows in greater detail these extensometers which each consist of four strain gauges with a pair of gauges is mounted on a plane 15 and the second is mounted on the opposite plane 16, and each pair is composed of a strain gauge turned 45 ° relative to the longitudinal axis of the elastically deformable body and 90 ° relative to the second gauge, and which are all advantageously all connected in a Wheatstone bridge circuit to determine the deformation by location.
  • the extensions 17 and 18 each consist of a deformation gauge rosette positioned on a plane and the opposite plane and containing three gages rotated by 0 °, 45 ° and 90 ° and having longitudinal and transverse strain gauges connected. in a Wheatstone circuit and diagonal strain gauges in another Wheatstone circuit to obtain longitudinal and diagonal deformation by location.
  • the figure 9 shows the first configuration with the gauges 20, 22.
  • the Wheatstone bridge structure is well known and here used conventionally. Resistive sensing elements such as extensometers are connected in a known manner, in a Wheatstone bridge circuit, translating the deformation of the elastically deformable body into resistance difference.
  • the bridge circuit is powered by the power supply and controlled by the electronic means of the electronic cards 11.
  • This arrangement of gauges makes it possible, by applying parameters specific to the type of driving part, to determine the torque applied.
  • the extensometers 19 and 21 associated with the means carried by the electronic card or cards 11 thus participate in forming a device for determining the value of the torque.
  • the processing means allow the determination of the value of the tightening torque as a function of the values M1, M2 coming from the extensometers 19, 21.
  • These processing means preferably comprise digital means having a processor such as a microcontroller, an analog digital converter.
  • the electrical signal x (representing for each extensometer 19, 21 a measurement value m1, m2) is received at a current design amplifier capable of increasing the output level.
  • An amplified X value is obtained at the output of the amplifier.
  • This value X is injected into a digital analog conversion type converter to obtain a discrete value Xd constituting a numerical value representative of the electrical values from the extensometers 19, 21.
  • the value of the torque c obtained is independent of the gripping area of the tool by the user.
  • M1 and M2 are the numerical values corresponding to the measurement values of the extensometers 19, 21 and a, b and c of the constants.
  • a memory table has thus been constituted comprising processing parameters that can be used by the microcontroller to determine the value of the C pair.
  • the invention makes it possible to be used both as a "key” and as a “screwdriver", it has the advantage of automatically detecting the direction of the force (twisting or bending) so as to adapt the parameters determining the torque.
  • the tool can operate in very different ranges of effort and automatically adapt to the use that is made without risk of error and with an optimal level of sensitivity in each type of clamping.
  • the invention comprises means for detecting the direction of the torque.
  • these means produce information (signals) different in the direction and transmit the appropriate information to the processing means to apply the appropriate calculation mode.
  • the two determinations are made in parallel with each tightening and only the relevant result is displayed to the user.
  • the computer program application for this determination is understood to include the use of any algorithm encoded by any common means to form an executable code by a processing means such as a microcontroller.
  • the two adapted programs, one for flexion, the other for torsion, can be divided into one overall program. These two programs can also be made on the basis of a single program in which the parameters are simply adapted.
  • An alternative is to have a device sensitive to displacements or angular velocities or accelerations along the x and transverse directions so as to obtain an additional or alternative indication of torque direction. This corresponds to block 101b.
  • the tool advantageously comprises automatic detection means of the drive part type so as to adapt the processing parameters to the characteristics of the drive part.
  • the drive part (here at the sleeve 24) carries an identification member 27 for individualizing relative to other parts.
  • the member 27 is a resistive component having a specific resistance value relative to the members 27 of other parts.
  • the automatic detection of the drive part is effected by switching on the member 27 in an electrical detection circuit. The value of the resistance of the organ 27 will influence on the electrical signal of the circuit and allow to deduce the drive used.
  • the deformable body 6 has an inner duct in the longitudinal direction and forming a transmission duct 28 between the two ends of the body 6.
  • the detection circuit is closed by applying the specific resistance of the member 27 to this circuit.
  • the cables may for example be connected to a detection circuit portion located on an electronic card.
  • all the driving parts include an identification member 27. Only some can be equipped.
  • the drive parts that can be used for screwing that is to say in a screwdriver function
  • the conduit 28 can be used for transmitting other electrical signals.
  • the conduit 28 may be used for the passage of transmission cables of other signals than those indicated above. For example, it can be passed through the conduit 28 control information means carried by the drive parts.
  • the bushing and / or another part of at least one driving part may comprise a conduit, similar to the conduit 28, to ensure the continuity of the latter.
  • the body 6 is in this option the seat of an internal transmission of the detection signals.
  • the dynamometric assembly presented here can cooperate with a remote display electronic unit through advantageously wireless transmission means (in particular by radio waves). In this way, the user can read the torque measurement directly on a separate display without any constraints related to possible wire links.
  • the transmission signals are specifically and characteristically coded by a given key.
  • a start button is advantageously accessible to the user or startup can be controlled remotely.
  • the invention is such that, by automatic detection of direction of torque; it provides stand-alone operation potentially without any further user control other than startup.
  • Couplings used for connection, with torque transmission, of the various components described can be in standard formats with ISO 3120 and ISO 1174 standards.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un outil de serrage selon le préambule de la revendication 1 permettant la fixation, en particulier par vissage, de tout organe mécanique. Il pourra typiquement s'agir de vis ou de boulons.
  • L'invention est aussi relative à un procédé de détermination de couple lors d'un serrage selon le préambule de la revendication 14. Un tel outil et un tel procédé est connu du document EP 1 022 097 A2 .
    • Arrière-plan technologique
  • Le document FR-A1-2 843 326 montre une clé dynamométrique comprenant un corps déformable élastiquement et portant deux extensomètres disposés à des distances différentes de l'axe de serrage et reliés dans un circuit en pont de Wheatstone et des moyens de traitement des signaux issus de deux extensomètres en vue de déterminer la valeur du couple de serrage. Selon ce document, le corps déformable élastiquement peut être connecté à différentes rallonges en vue d'assurer à la fois une étendue de mesure de couple élevée et une grande précision de la mesure. En outre, les deux emplacements différents des extensomètres permettent la détermination du couple de flexion à deux points différents en vue d'obtenir la distance entre la position main sur la clé et l'axe du vissage.
  • Un inconvénient de la clé dynamométrique décrite est qu'un serrage précis à faible couple ne peut être assuré, causé par le poids propre du levier de la clé appliquant une force sur la poignée de la clé et ainsi transmettant un couple à l'élément de fixation.
  • Un autre inconvénient, éventuellement lié au précédent, est que cette clé dynamométrique n'offre qu'une configuration d'utilisation dans laquelle la poignée de la clé et l'axe de vissage forment un angle de 90°.
  • L'invention permet de remédier en tout ou partie aux inconvénients des techniques existantes et propose en particulier un outil de serrage selon la revendication 1 dont la gamme d'utilisation est étendue par rapport à l'art antérieur. En particulier, l'invention permet un vissage à la fois sous forme de clé et sous forme de tournevis, tout en pouvant assurer une détermination du couple de serrage dans ces deux modes de fonctionnement grâce à une détection de direction du couple.
  • Un autre but de la présente invention est de fournir à l'utilisateur la possibilité de la manoeuvrer soit par rotation autour de son propre axe longitudinal repéré « x » sur les représentations ci-après, en le faisant coïncider avec l'axe principal de l'élément de fixation autour duquel celui-ci doit tourner pour assurer le vissage, soit en pivotant l'invention perpendiculairement à l'axe principal de l'élément de fixation et en effectuant la rotation destinée à exercer le couple de serrage autour de l'axe principal repéré « z »sur les représentations ci-après de l'élément de fixation.
  • A cela s'ajoute un dispositif de détermination de couple, avantageusement avec des moyens électroniques permettant la mesure du couple de serrage et la mesure de l'angle de serrage dans les deux sens de travail en utilisant des rallonges amovibles de longueurs différentes, et la détection automatique de lesdites rallonges ou en utilisant des rallonges fixes afin d'adapter les paramètres de traitement et obtenir une valeur de couple toujours fidèle quel que soit l'organe d'entraînement utilisé.
    • Résumé de l'invention
  • Un aspect de l'invention concerne un outil de serrage comportant : une poignée de préhension ayant une direction longitudinale X, une pluralité de pièces d'entrainement interchangeables aptes chacune à entrainer en rotation un organe à serrer, une portion d'entrainement configurée pour transmettre un couple exercé au niveau de la poignée de sorte à produire un serrage au niveau d'une pièce d'entrainement parmi la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables et un dispositif de détermination du couple, la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables comprend au moins une première pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une direction parallèle à la direction longitudinale X et au moins une deuxième pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une deuxième direction différente de la direction longitudinale et en ce qu'il comporte des moyens de détection de la direction du couple.
  • Suivant un autre aspect de l'invention, est présenté un procédé de détermination de couple lors d'un serrage d'un organe à serrer au moyen d'un outil de serrage qui comporte une poignée de préhension ayant une direction longitudinale X, une pluralité de pièces d'entrainement interchangeables aptes chacune à entrainer en rotation un organe à serrer, une portion d'entrainement configurée pour transmettre un couple exercé au niveau de la poignée de sorte à produire un serrage au niveau d'une pièce d'entrainement parmi la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables, procédé dans laquel on utilise un outil de serrage dans lequel la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables comprend au moins une première pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une direction parallèle à la direction longitudinale X et au moins une deuxième pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une deuxième direction différente de la direction longitudinale, et en ce qu'il comporte : une étape de détection de la direction du couple et une étape de calcul du couple dans laquelle les paramètres de calcul sont adaptés en fonction de la direction du couple détectée.
    • Brève introduction des dessins
  • Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.
    • La figure 1 est une vue en perspective d'une clé dynamométrique conforme à l'invention.
    • La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'outil de l'invention.
    • La figure 3 montre une vue éclatée d'une partie de poignée de l'outil.
    • La figure 4 présente une partie de logement pouvant recevoir certains constituants de l'invention.
    • La figure 5 montre un mode de réalisation de corps déformable.
    • La figure 6 présente une douille apte à faire partie d'une pièce d'entraînement illustrant des étapes de traitement de signaux.
    • La figure 8 présente un traitement alternatif à celui de la figure 7.
    • La figure 9 montre un exemple d'implantation d'extensomètre.
    Description détaillée
  • Avant de présenter en détail des possibilités non limitatives de réalisation de l'invention en référence aux dessins introduits ci-dessus, on énumère ci-après des options que peut présenter l'invention individuellement ou suivant toute combinaison.
    • Le dispositif de détermination du couple de serrage comprend un premier programme d'ordinateur de détermination de couple applicable pour la première pièce d'entrainement et un deuxième programme de détermination de couple applicable pour la deuxième pièce d'entrainement, et les moyens de détection de la direction du couple sont configurés pour délivrer au dispositif de détermination du couple de serrage un premier signal à détection d'une direction de couple parallèle à la direction longitudinale et un deuxième signal différent du premier signal à détection d'une direction de couple selon la deuxième direction, le dispositif de détermination du couple est configuré pour appliquer le premier programme de détermination à réception du premier signal et pour appliquer le deuxième programme de détermination à réception du deuxième signal.
    • La portion d'entrainement comporte un corps déformable au moins en partie intégré dans le volume intérieur de la poignée et dans lequel le dispositif de détermination comporte au moins deux extensomètres situés dans des zones du corps déformable différentes suivant la direction longitudinale.
    • Les zones du corps déformable dans lesquelles les extensomètres sont situés ont des sections transversales à la direction longitudinale différentes.
    • Les deux extensomètres sont configurés pour fournir chacun une valeur de déformation (E1, E2) dans un plan défini par la direction longitudinale et la deuxième direction et dans lequel les moyens de détection sont configurés pour détecter, pour les valeurs de déformation, des signes identiques correspondant à une direction du couple parallèle à la direction longitudinale et pour détecter des signes opposés correspondant à une direction du couple suivant la deuxième direction.
    • Le corps déformable comprend un premier plan et un deuxième plan parallèles entre eux et dans lequel chaque extensomètre comprend deux paires de jeux de jauges disposées sur des plans différents parmi le premier plan et le deuxième plan.
    • Chaque jeu de jauges comporte une première jauge et une deuxième jauge disposées symétriquement à 45° autour de la direction longitudinale.
    • Chaque jeu de jauges comporte une première jauge et une deuxième jauge disposées respectivement suivant l'axe longitudinal x et perpendiculaire à l'axe longitudinal x, les premières et deuxièmes jauges des extensomètres étant reliées en pont de Wheatstone, de sorte à fournir une indication de flexion du corps déformable, et une troisième jauge orientée à 45° relativement aux premières et deuxièmes jauges, les troisièmes jauges étant reliées en deux ponts de Wheatstone de sorte à fournir une indication de torsion du corps déformable.
    • Le corps déformable comporte un conduit longitudinal de transmission de signaux électriques.
    • Des moyens de détection automatique de types de pièces d'entrainement sont configurés pour générer un signal électrique différent pour chaque type de pièces d'entrainement, ledit signal électrique étant transmis en direction du dispositif de détermination, depuis une extrémité distale du corps déformable jusqu'à l'autre extrémité du corps déformable via le conduit.
    • Au moins une parmi les pièces d'entrainement comporte une douille raccordable à l'extrémité distale du corps déformable, la douille portant un organe d'identification ayant une valeur de résistance spécifique et fermant un circuit électrique de détection et coopérant avec un capteur pour former les moyens de détection automatique.
    • Les moyens de détection comprennent au moins l'un parmi : un goniomètre sensible aux angles autour de la direction longitudinale et autour de la deuxième direction, un gyroscope sensible aux vitesses suivant la direction longitudinale et la deuxième direction, un accéléromètre sensible aux accélérations suivant la direction longitudinale et la deuxième direction.
    • Le dispositif de détermination du couple comporte au moins une carte électronique de traitement numérique comprenant un processeur et des moyens de stockage de données.
  • La figure 1 illustre une partie de l'outil selon l'invention. Une poignée 1 constitue la partie de préhension par l'utilisateur. Dans l'exemple elle comporte, réparties sur sa périphérie externe, des portions de contact 4 offrant un frottement accru de sorte à éviter les glissements lors de la manipulation de l'outil. A son extrémité représentée à gauche en figure 1, la poignée 1 reçoit un bouchon 3 qui ferme un espace intérieur défini par le corps 2 de la poignée 1.
  • On a représenté la direction longitudinale de la poignée 1 par la lettre x et une direction transversale par la lettre z. La figure 5 présente ces directions dans un repère orthogonal x, y, z.
  • A l'opposé du bouchon 3 suivant la direction longitudinale x, une autre partie de l'outil débouche de la poignée 1 sous forme d'une portion d'entraînement 23.
  • Celle-ci est plus visible en figure 2 qui révèle que la portion 23 est une extrémité distale d'un corps d'épreuve 14 par lequel un couple de serrage, exercé au niveau de la poignée 1, peut être transmis à un organe à serrer. La portion d'entraînement 23 comporte un profil et des dimensions adaptées à une transmission mécanique du couple vers une pièce d'entraînement. En figure 2, une partie d'une telle pièce d'entraînement est visible sous forme d'une douille 24, aussi visible en figure 6. Une première extrémité de la douille 24 comporte une cavité d'accouplement 26 au niveau de laquelle peut être emmanchée une autre portion (non représentée) d'une pièce d'entraînement, tout en préservant la transmission du couple de serrage.
  • Selon l'invention, l'outil coopére avec des pièces d'entraînement :
    • une ou des pièces d'entraînement pour lesquelles l'axe de vissage de l'organe à serrer est dirigé selon la direction longitudinale x. Le serrage s'opère alors avec un fonctionnement en mode « tournevis ». Il peut y avoir plusieurs pièces d'entraînement de ce type, notamment selon l'embout de l'organe à serrer ou la longueur de pièce requise à l'application ;
    • une ou plusieurs pièces d'entraînement pour lesquelles l'axe de vissage (au niveau, par exemple d'une tête à cliquet) est oblique - très préférentiellement orthogonal - à l'axe longitudinal x. Le fonctionnement est alors en mode clé. Plusieurs de ces pièces peuvent être mises en oeuvre, notamment suivant la longueur du bras de levier requise par l'application pour exercer le couple nécessaire sur l'organe à serrer.
  • On comprend que dans le premier cas ci-dessus, l'outil est sollicité en torsion autour de l'axe x alors qu'il est sollicité en flexion autour d'un axe orthogonal à x (y ou z) dans le deuxième cas.
  • Comme indiqué précédemment, et tel que révélé par les figures 2 à 4, le corps 2 de la poignée 1 permet de renfermer certains autres composants de l'outil.
  • En premier lieu, un logement 7 est monté fixement (par exemple par des vis) dans le volume du corps 2 et présente une configuration allongée offrant des zones de placement d'organes de l'outil. A une extrémité proximale, le logement 7 comporte un emplacement 58, configuré pour recevoir une alimentation 9 telle une batterie mono ou pluri-composants.
  • En avançant suivant l'axe x, le logement 7 comporte ensuite un emplacement 10 pour la réception des moyens de traitement. Ces derniers peuvent comprendre au moins un processeur et des moyens de stockage de données, notamment des codes programmatiques codant des programmes de calcul et des données de paramétrages permettant d'appliquer au traitement de données des paramètres différents selon le type de pièce d'entraînement et la direction du couple (torsion ou flexion). Les moyens de traitement sont avantageusement en tout ou partie contenus sur une ou plusieurs cartes électroniques 11. Cette ou ces cartes électroniques 11 présentent aussi avantageusement tout élément d'interface pour l'entrée et/ou la sortie d'informations vers ou depuis les moyens de traitement. Notamment, cette interface peut injecter des informations (signaux) de détection de direction du couple ou de type de pièce d'entraînement. Préférentiellement, l'interface permet aussi la fourniture d'informations d'affichage ou sonores en direction (avec ou sans fil) d'un afficheur ou d'un moyen de restitution du son.
  • Suivant l'emplacement 10 le long de l'axe x, le logement 7 comporte un emplacement 12 pour le raccordement à un corps déformable 6. Ce dernier est visible en figure 5 notamment. Il présente une portion de raccordement 13 apte à s'insérer dans l'emplacement 12 et à y être fixé (par vissage par exemple). Il comporte ensuite un corps d'épreuve 14 dont la fonction de mesure sera explicitée plus loin, puis une extrémité distale au niveau de laquelle est réalisée la portion d'entraînement 23 et permettant la coopération avec la douille 24 d'une des pièces d'entraînement. L'ensemble poignée 1, logement 7, corps déformable 6 et pièce d'entraînement est configuré de sorte à permettre la transmission du couple exercé par un utilisateur à l'organe à serrer. En ce sens, le corps déformable 6 n'est déformable qu'élastiquement et que dans des proportions faibles, utiles à des mesures, mais non significatives en termes de perte du couple. Hormis éventuellement la poignée 1, toutes ces pièces sont préférentiellement métalliques.
  • C'est au niveau du corps déformable 6, et en particulier dans la zone du corps d'épreuve 14, que des mesures aptes à servir à la détermination du couple sont opérées.
  • Dans le cas des figures 5 à 9, le corps 6 comprend un corps d'épreuve 14 de section plus petite que la portion de raccordement 13 et la portion d'entraînement 23. Ce corps d'épreuve 14 est le lieu d'une déformation lors de l'application d'un couple de serrage. Cette déformation est due, soit à une torsion d'axe x, soit une flexion d'axe transversal à x. Le corps d'épreuve 14 est préférentiellement aplati de sorte à définir deux plans 15, 16 parallèles entre eux et à l'axe x. Le corps d'épreuve 14 comprend en outre deux sections 17, 18 successives suivant l'axe x et d'aires différentes en coupe transversale, par exemple par formation d'une réduction de largeur au niveau de la section 17.
  • La figure 5 schématise l'implantation d'extensomètres 19, 21, pouvant être de conception courante, au niveau respectivement de la section 17 et de la section 18. La figure 9 montre plus en détail ces extensomètres qui consistent chacun en quatre jauges de déformation dont une paire de jauges est montée sur un plan 15 et la deuxième est montée sur le plan opposée 16, et chaque paire est composée d'une jauge de déformation tournée de 45° par rapport à l'axe longitudinal du corps déformable élastiquement et de 90° par rapport à la deuxième jauge, et qui sont avantageusement toutes reliées dans une circuit de pont de Wheatstone afin de déterminer la déformation par emplacement.
  • Suivant une variante, les extensions 17 et 18 consistent chacun en une rosette de jauges de déformation positionnée sur un plan et le plan opposé et contenant trois jauges tournées de 0°, 45° et 90° et ayant des jauges de déformation longitudinales et transversales reliées dans un circuit de Wheatstone et les jauges de déformation diagonales dans un autre circuit de Wheatstone afin d'obtenir la déformation longitudinale et diagonale par emplacement.
  • La figure 9 montre la première configuration avec les jauges 20, 22. La structure à pont de Wheatstone est bien connue et ici employée de manière conventionnelle. Les éléments sensibles résistifs tels que les extensomètres sont reliés de manière connue, dans un circuit en pont de Wheatstone, traduisant la déformation du corps déformable élastiquement en différence de résistance. Le circuit de pont est alimenté par l'alimentation électrique et contrôlé par les moyens électroniques des cartes électroniques 11.
  • Cette disposition de jauges permet en appliquant des paramètres propres au type de pièce d'entraînement, de déterminer le couple appliqué. Les extensomètres 19 et 21 associés aux moyens portés par la ou les cartes électroniques 11 participent ainsi à former un dispositif de détermination de la valeur du couple.
  • Les moyens de traitement permettent la détermination de la valeur du couple de serrage en fonction des valeurs M1, M2 issues des extensomètres 19, 21.
  • Ces moyens de traitement comportent préférentiellement des moyens numériques disposant d'un processeur tel un microcontrôleur, un convertisseur analogique numérique. Le signal électrique x (représentant pour chaque extensomètre 19, 21 une valeur de mesure m1, m2) est reçu au niveau d'un amplificateur de conception courante apte à augmenter le niveau de sortie. Une valeur X amplifiée est obtenue en sortie de l'amplificateur. Cette valeur X est injectée dans un convertisseur de type de conversion analogique numérique pour l'obtention d'une valeur discrète Xd constituant une valeur numérique représentative des valeurs électriques issues des extensomètres 19, 21.
  • Ces valeurs numériques Xd sont reçues au niveau du microcontrôleur pour traitement. En sortie, on obtient la valeur du couple souhaitée.
  • Selon Uun mode de réalisation particulier de l'outil, la valeur du couple c obtenue est indépendante de la zone de préhension de l'outil par l'utilisateur.
  • De façon caractéristique, cette indépendance de la mesure est produite par les moyens de traitement ici considérés.
  • Plus précisément, il existe une relation mathématique entre les signaux émis par les deux extensomètres 19, 21 (M1, M2 en conversion numérique) et la valeur du couple recherchée.
  • Cette relation peut être écrite de façon suivante : C = a . M ⁢ 1 + b . M ⁢ 2 + c
    Figure imgb0001
  • Où C est le couple recherché, M1 et M2 les valeurs numériques correspondant aux valeurs de mesure des extensomètres 19, 21 et a, b et c des constantes.
  • Il est aisé d'obtenir les constantes a, b, c lors du calibrage de l'outil.
  • Pour chaque pièce d'entraînement, on peut déterminer un triplet de ces valeurs qui peut être stocké dans les moyens de traitement au niveau d'une mémoire.
  • On peut ainsi adapter le programme de détermination de couple de sorte à former, dans chaque cas, le bon algorithme de détermination.
  • On a ainsi constitué une table en mémoire comprenant des paramètres de traitement qui pourront être utilisés par le microcontrôleur pour déterminer la valeur du couple C.
  • Dans la mesure où l'invention permet d'être employée à la fois comme « clé » et comme « tournevis », elle a l'avantage de détecter automatiquement la direction de l'effort (torsion ou flexion) de sorte à adapter les paramètres de détermination du couple. L'outil peut ainsi fonctionner dans des plages d'efforts très différents et s'adapter automatiquement à l'utilisation qui en est faite, sans risque d'erreur et avec un niveau de sensibilité optimale dans chaque typologie de serrage.
  • A cet effet, l'invention comprend des moyens de détection de la direction du couple. Avantageusement, ces moyens produisent des informations (signaux) différentes selon la direction et transmettent l'information adéquate aux moyens de traitement pour appliquer le mode de calcul approprié.
  • Suivant une possibilité, les deux déterminations sont opérées parallèlement à chaque serrage et seul le résultat pertinent est affiché à l'utilisateur. L'application de programme d'ordinateur pour cette détermination s'entend comprenant l'emploi de tout algorithme codé par tous moyens courants pour former un code exécutable par un moyen de traitement tel un microcontrôleur. Les deux programmes adaptés, l'un à la flexion, l'autre à la torsion, peuvent être partis à un seul programme global. Ces deux programmes peuvent aussi être réalisés à la base d'un seul programme dans lequel les paramètres sont simplement adaptés.
  • Dans un premier mode de réalisation schématisé en figure 7, la détermination du couple comprend les étapes qui suivent et qui incluent une possibilité de détection de la direction du couple :
    • détermination de la déformation par emplacement ε1 et ε2 au niveau des extensomètres 19, 21 ;
    • comparaison des deux déformations ;
    • si deuxième déformation est de contresens, sollicitation de flexion ;
    • détection de rallonge et attribution de paramètre correspondant à la rallonge détectée ;
    • détermination du couple de flexion Mfl1 et Mfl2 ;
    • calcul du couple de serrage C en fonction des paramètres de la rallonge et des deux couples de flexion Mfl1 et Mfl2 ;
    • si deuxième déformation sens égal, sollicitation torsion ;
    • détermination du couple de torsion Mfl1 et Mfl2 ;
    • indication finale du couple de serrage.
  • Une variante consiste à disposer d'un dispositif sensible aux déplacements ou vitesses ou accélérations angulaires suivant les directions x et transversale de sorte à obtenir une indication supplémentaire ou alternative de direction du couple. Cela correspond au bloc 101 b.
  • Dans ce deuxième mode de réalisation, présenté en figure 8, c'est le dispositif sensible qui est l'élément essentiel de la détection de direction. Le procédé de détermination du couple est alors comme suit :
    • détermination du sens de la rotation autour de l'axe longitudinal et transversal de clé par les angles mesurés du goniomètre (ou autre) ;
    • détermination de la sollicitation en fonction du tournement autour d'un des deux axes ;
    • si rotation autour de l'axe transversal de la clé, sollicitation flexion ;
    • détection de rallonge et attribution de paramètre correspondant à la rallonge détectée ;
    • détermination du couple de flexion Mfl1 et Mfl2 en sollicitant les deux circuits de pont captant les déformations longitudinales et transversales ;
    • calcul du couple de serrage C en fonction des paramètres de la rallonge et des deux couplés de flexion Mfl1 et Mfl2
    • si rotation autour de l'axe longitudinal de la clé, sollicitation torsion ;
    • détermination du couple de torsion Mt1 et Mt2 en sollicitant les deux circuits de pont captant les déformations diagonales ;
    • calcul du couple de serrage C à partir de deux couples de torsion Mt1 et Mt2 ;
    • indication finale du couple de serrage C.
  • L'outil comporte avantageusement des moyens de détection automatiques du type pièce d'entraînement de façon à adapter les paramètres de traitement aux caractéristiques de la pièce d'entraînement.
  • Ces moyens de détection permettront, dans l'exemple de réalisation indiqué précédemment pour les moyens de traitement, de déterminer quel triplet de constantes a, b, c à appliquer au traitement des mesures, outre l'indication de direction du couple.
  • Dans le cas de la figure 2, la pièce d'entraînement (ici au niveau de la douille 24) porte un organe d'identification 27 permettant de l'individualiser relativement aux autres pièces. Dans l'exemple, l'organe 27 est un composant résistif ayant une valeur de résistance spécifique par rapport aux organes 27 d'autres pièces. La détection automatique de la pièce d'entraînement s'opère par mise en circuit de l'organe 27 dans un circuit électrique de détection. La valeur de la résistance de l'organe 27 va influer sur le signal électrique du circuit et permettre de déduire la pièce d'entraînement utilisée.
  • La mise en contact de l'organe 27 dans le circuit de détection s'opère avantageusement sans connectique complexe. En effet, dans l'exemple de la figure 2, le corps déformable 6 présente un conduit interne suivant la direction longitudinale et formant un conduit de transmission 28 entre les deux extrémités du corps 6. Ainsi, en disposant dans le conduit 28 deux câbles électriques débouchant au niveau de l'extrémité de la portion d'entraînement 23, de sorte à être mis en contact avec l'organe 27 lors de l'accouplement de la douille 24, on ferme le circuit de détection en appliquant la résistance spécifique de l'organe 27 à ce circuit. De l'autre côté du conduit 28, les câbles peuvent être par exemple reliés à une portion de circuit de détection située sur une carte électronique.
  • Il n'est pas obligatoire que toutes les pièces d'entraînement comportent un organe d'identification 27. Certains seulement peuvent être équipés. Par exemple, les pièces d'entraînement utilisables en vissage (c'est-à-dire dans une fonction tournevis) ne nécessitent généralement pas d'identification car leur longueur est inopérante si bien que la seule détection d'une direction de couple permet d'adapter le fonctionnement des moyens de détermination de couple, sans nécessiter d'autres paramètres propres à la pièce d'entraînement.
  • Le conduit 28 peut servir à la transmission d'autres signaux électriques.
  • Le conduit 28 peut servir au passage de câbles de transmission d'autres signaux que ceux indiqués ci-dessus. Par exemple, on peut faire transiter dans le conduit 28 des informations de commande de moyens portés par les pièces d'entraînement. Selon l'application, la douille et/ou une autre partie d'au moins une pièce d'entraînement peut comporter un conduit, similaire au conduit 28, pour assurer la continuité de ce dernier.
  • Le corps 6 est dans cette option le siège d'une transmission interne des signaux de détection.
  • En outre, l'ensemble dynamométrique ici présenté peut coopérer avec une unité électronique d'affichage distante par le biais de moyens de transmission avantageusement sans fil (en particulier par ondes radio). De cette façon, l'utilisateur peut lire la mesure du couple directement sur un affichage séparé sans aucune contrainte liée à d'éventuelles liaisons filaires.
  • Pour éviter toute interférence de transmission, les signaux de transmission sont codés de façon spécifique et caractéristique par une clé donnée.
  • De cette façon, la réception n'est pas perturbée par d'éventuelles autres ondes transmises dans l'aire de mesure, particulièrement depuis d'autres clés dynamométriques semblables.
  • Un bouton de mise en route est avantageusement accessible à l'utilisateur ou la mise en route peut être commandée à distance. L'invention est telle que, par détection automatique de direction de couple ; elle assure un fonctionnement autonome potentiellement sans autre commande de l'utilisateur que la mise en route.
  • Les accouplements employés pour le raccordement, avec transmission de couple, des différents composants décrits peuvent être à des formats standards avec les normes ISO 3120 et ISO 1174.
    • REFERENCES
    1. 1. Poignée
    2. 2. Corps de poignée
    3. 3. Bouchon
    4. 4. Portion de contact
    5. 5. Embouchure
    6. 6. Corps déformable
    7. 7. Logement
    8. 8. Emplacement d'alimentation
    9. 9. Alimentation
    10. 10. Emplacement de cartes électroniques
    11. 11. Carte électronique
    12. 12. Emplacement de raccordement
    13. 13. Portion de raccordement
    14. 14. Corps d'épreuve
    15. 15. Premier plan
    16. 16. Deuxième plan
    17. 17. Première section
    18. 18. Deuxième section
    19. 19. Premier extensomètre
    20. 20. Jauge de premier extensomètre
    21. 21. Deuxième extensomètre
    22. 22. Jauge de deuxième extensomètre
    23. 23. Portion d'entrainement
    24. 24. Douille
    25. 25. Cavité d'entraînement
    26. 26. Cavité d'accouplement
    27. 27. Organe d'identification
    28. 28. Conduit de transmission

Claims (14)

  1. Outil de serrage comportant :
    - une poignée (1) de préhension ayant une direction longitudinale X,
    - une pluralité de pièces d'entrainement interchangeables aptes chacune à entrainer en rotation un organe à serrer,
    - une portion d'entrainement (23) configurée pour transmettre un couple exercé au niveau de la poignée (1) de sorte à produire un serrage au niveau d'une pièce d'entrainement parmi la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables,
    - un dispositif de détermination du couple,
    caractérisé en ce que la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables comprend au moins une première pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une direction parallèle à la direction longitudinale X et au moins une deuxième pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une deuxième direction différente de la direction longitudinale et en ce qu'il comporte des moyens de détection de la direction du couple.
  2. Outil selon la revendication précédente dans lequel :
    - le dispositif de détermination du couple de serrage comprend un premier programme d'ordinateur de détermination de couple applicable pour la première pièce d'entrainement et un deuxième programme de détermination de couple applicable pour la deuxième pièce d'entrainement, et
    - les moyens de détection de la direction du couple sont configurés pour délivrer au dispositif de détermination du couple de serrage un premier signal à détection d'une direction de couple parallèle à la direction longitudinale et un deuxième signal différent du premier signal à détection d'une direction de couple selon la deuxième direction,
    - le dispositif de détermination du couple est configuré pour appliquer le premier programme de détermination à réception du premier signal et pour appliquer le deuxième programme de détermination à réception du deuxième signal.
  3. Outil selon l'une des revendications précédentes dans lequel la portion d'entrainement comporte un corps déformable au moins en partie intégré dans le volume intérieur de la poignée et dans lequel le dispositif de détermination comporte au moins deux extensomètres (19, 21) situés dans des zones du corps déformable différentes suivant la direction longitudinale.
  4. Outil selon la revendication précédente dans lequel les zones du corps déformable dans lesquelles les extensomètres (19, 21) sont situés ont des sections transversales à la direction longitudinale différentes.
  5. Outil selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel les deux extensomètres (19 , 21) sont configurés pour fournir chacun une valeur de déformation (E1, E2) dans un plan défini par la direction longitudinale et la deuxième direction et dans lequel les moyens de détection sont configurés pour détecter, pour les valeurs de déformation, des signes identiques correspondant à une direction du couple parallèle à la direction longitudinale et pour détecter des signes opposés correspondant à une direction du couple suivant la deuxième direction.
  6. Outil selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel le corps déformable comprend un premier plan (15) et un deuxième plan (16) parallèles entre eux et dans lequel chaque extensomètre (19, 21) comprend deux paires de jeux de jauges (20, 22) disposées sur des plans différents parmi le premier plan (15) et le deuxième plan (16).
  7. Outil selon la revendication précédente dans lequel chaque jeu de jauges comporte une première jauge (20) et une deuxième jauge (22) disposées symétriquement à 45° autour de la direction longitudinale.
  8. Outil selon la revendication 6 dans lequel chaque jeu de jauges comporte une première jauge (20) et une deuxième jauge (22) disposées respectivement suivant l'axe longitudinal x et perpendiculaire à l'axe longitudinal x, les premières et deuxièmes jauges des extensomètres (19, 21) étant reliées en pont de Wheatstone, de sorte à fournir une indication de flexion du corps déformable (6), et une troisième jauge orientée à 45° relativement aux premières et deuxièmes jauges, les troisièmes jauges étant reliées en deux ponts de Wheatstone de sorte à fournir une indication de torsion du corps déformable.
  9. Outil selon l'une des revendications 3 à 8 dans lequel le corps déformable comporte un conduit (28) longitudinal de transmission de signaux électriques.
  10. Outil selon la revendication précédente comprenant des moyens de détection automatique de types de pièces d'entrainement configurés pour générer un signal électrique différent pour chaque type de pièces d'entrainement, ledit signal électrique étant transmis en direction du dispositif de détermination, depuis une extrémité distale du corps déformable (6)jusqu'à l'autre extrémité du corps déformable (6) via le conduit (28).
  11. Outil selon la revendication précédente dans lequel au moins une parmi les pièces d'entrainement comporte une douille (24) raccordable à l'extrémité distale du corps déformable, la douille (24) portant un organe d'identification (27) ayant une valeur de résistance spécifique et fermant un circuit électrique de détection, coopérant avec un capteur pour former les moyens de détection automatique.
  12. Outil selon l'une des revendications précédentes dans lequel les moyens de détection comprennent au moins l'un parmi : un goniomètre sensible aux angles autour de la direction longitudinale et autour de la deuxième direction, un gyroscope sensible aux vitesses suivant la direction longitudinale et la deuxième direction, un accéléromètre sensible aux accélérations suivant la direction longitudinale et la deuxième direction.
  13. Outil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de détermination du couple comporte au moins une carte électronique (11) de traitement numérique comprenant un processeur et des moyens de stockage de données.
  14. Procédé de détermination de couple lors d'un serrage d'un organe à serrer au moyen d'un outil de serrage qui comporte:
    - une poignée (1) de préhension ayant une direction longitudinale X,
    - une pluralité de pièces d'entrainement interchangeables aptes chacune à entrainer en rotation un organe à serrer,
    - une portion d'entrainement (23) configurée pour transmettre un couple exercé au niveau de la poignée (1) de sorte à produire un serrage au niveau d'une pièce d'entrainement parmi la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables,
    caractérisé en ce que :
    l'on utilise l'outil de serrage dans lequel la pluralité de pièces d'entrainement interchangeables comprend au moins une première pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une direction parallèle à la direction longitudinale X et au moins une deuxième pièce d'entrainement configurée pour entrainer en rotation l'organe à serrer suivant une deuxième direction différente de la direction longitudinale et en ce qu'il comporte :
    - une étape de détection de la direction du couple
    - une étape de calcul du couple dans laquelle les paramètres de calcul sont adaptés en fonction de la direction du couple détectée.
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