SE1050589A1 - Anordning och metod för att indikera om ett fästelement vid infästning i ett stycke har uppnått en sträckgränsbelastning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 ments vridhuvud till änden av fästelements axel, varvid signalen reflekteras mot änden av fästelements axel. Metoden har nack- delen att sändaren och fästelements huvud måste vara i fysisk kontakt med varandra samt att kontaktmedel, så som en gel el- ler liknande, behöver användas för att uppnå tillräcklig signal- överföring. Därigenom är det svårt att genomföra mätningen av spänningen i fästelementet vid ett roterande tillstånd hos fäst- elementet. Dessutom kan det vara nödvändigt att använda spe- ciellt utformade ändar hos fästelements axel för att få tillräcklig signalrespons.

En metod för mätning av en enaxlig sträckgränsbelastning hos en axel innefattande ett magnetostriktivt material är känd. Meto- den bygger på identifiering av ett maximum hos den magnetiska susceptibiliteten, vilket maximum motsvarar den enaxliga sträckgränsbelastningen. Metoden är däremot inte användbar vid ett fleraxligt spänningstillstånd för bestämning av en fleraxlig sträckgränsbelastning, så som vid infästning av ett fästelement innefattande drag- och vridspänningar, eftersom maximum hos den magnetiska susceptibiliteten sammanfaller inte med den fleraxliga sträckgränsbelastningen.

Dokumentet JP56019423 avser en anordning för bestämning av en axiell kraft i en skruv som är inspänd i en konstruktion. Be- stämningen baseras på mätning av magnetiska förändringar som bildas genom tryckspänningar i skruvens huvud.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en anordning och en metod för att indikera om ett fästele- ment vid infästning i ett stycke har uppnått en sträckgränsbe- lastning. Ett andra ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning och en metod för att kontrollera in- fästningen av ett fästelement i beroende av sträckgränsbelast- ning. Ett tredje ändamål med föreliggande uppfinning är att till- 10 15 20 25 30 35 handahålla en anordning och en metod för att infästa ett fäst- element till en optimal belastning.

Det första ändamålet uppnås genom en anordning enligt ingres- sen av kravet 1 och kännetecknas av att anordningen innefattar medel för generering av ett alternerande magnetfält som genom- tränger axeln, medel för mätning av en storhet som beror av den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln, varvid medlet för mät- ning av storheten är anpassat att exponeras för nämnda mag- netfält efter magnetfältets genomträngande av axeln, en kontrollenhet anpassad att ta emot mätvärden för nämnda storhet och detektera en signifikant förändring av storheten, varvid kontrollenheten är anpassad att baserat på den signifi- kanta förändringen avgöra och indikera om axeln hos fästele- mentet har uppnått sträckgränsbelastningen.

Den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln föränd- ras vid en förändring av spänningen i axeln hos fästelementet som innefattar det magnetostriktiva materialet. Det genererade magnetfältet påverkas vid genomträngande av axeln av den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln. Medlet för mätningen av storheten exponeras av magnetfältet efter genom- trängande av axeln och är anpassad att mäta storheten, vilken storhet beror av den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln.

Kontrollenheten är anpassad att ta emot mätvärden av storheten från medlet för mätningen av storheten och att detektera den signifikanta förändringen av storheten. Den signifikanta föränd- ringen av storheten motsvarar en sträckgränsbelastning av ax- eln hos fästelementet. Vid detektering av den signifikanta för- ändringen av storheten är kontrollenheten anpassad att indikera att fästelementet har uppnått sträckgränsbelastningen. 10 15 20 25 30 35 Med begreppet ”sträckgränsbelastning” menas belastningen då materialet hos fästelementets axel övergår från ett elastiskt till- stånd till ett plastiskt tillstånd.

Med begreppet ”den momentana magnetiska susceptibiliteten", ofta betecknad med den grekiska bokstaven X, menas en mate- rialegenskap som beskriver hur magnetiskt ett material blir i ett externt magnetfält. För magnetostriktiva material påverkas den momentana magnetiska susceptibiliteten av spänningen i mate- rialet.

Anordningen har fördelen att ingen fysisk kontakt med fästele- mentet är nödvändig för indikeringen av sträckgränsbelastning.

Därigenom kan sträckgränsbelastningen indikeras under infäst- ning av fästelementet i stycket. Genom anordningen är det möj- ligt att undvika att fästelementet infästs till en belastning som medför en försvagning eller bristning av fästelementet. Dessut- om undviks risken att fästelementet infästs till en för låg spän- ning för att hålla ihop en konstruktion.

Utifrån informationen om sträckgränsbelastning är det möjligt att optimera infästning av fästelementet i stycket Därigenom är det möjligt att reducera vikten hos en konstruktion innefattande fästelementet och stycket. Anordningen kan användas på alla typer av fästelement med axel som innefattar ett magnetostrik- tivt material.

Enligt en utföringsform av uppfinningen detekteras den signifi- kant förändring av storheten med avseende på en töjning hos axeln.

Enligt en utföringsform av uppfinningen bestäms att töjningen hos axeln baserat på en vridning av fästelementet eller ett gängat infästningselement, och en gängstigning hos nämnda gängade axel eller infästningselement. 10 15 20 25 30 35 Med begreppet ”gängstigning” menas omfattningen av axelns eller infästningselementets förskjutning i axiellt led vid en be- stämd vridning av fästelementet. Gängstigning skiljer sig mellan olika varianter av fästelement och olika varianter av infästnings- elementet. lnfästningselement är exempelvis en mutter eller lik- nande element som vid en vridning påverkar spänningen i fäst- elementets axel.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att identifiera en huvudsakligen konstant förändringstakt av storheten med avseende på töjningen hos axeln, varvid nämnda signifikanta förändring av storheten detekteras då en avvikelse från den huvudsakligen konstanta förändringstakten av storheten överstiger ett bestämt värde.

Den huvudsakligen konstant förändringstakt av storheten före- ligger åtminstone under en del av det elastiska tillståndet fram till sträckgränsbelastningen hos fästelementet. Vid sträckgräns- belastningen uppkommer den signifikanta förändring av storhe- ten, vilken förändring avviker från den huvudsakligen konstant förändringstakten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att detektera den signifikant förändring av storheten då en absolut förändring av storheten från något av ett ursprungs- värde eller ett extremvärde uppkommit.

Den signifikant förändring av storheten till sträckgransbelast- ningen baserat på den absoluta förändringen av storheten är olika för olika varianter av fästelement, så som fästelement med olika hållfasthet, längd, geometri, dimensioner, etcetera.

Enligt en utföringsform av uppfinningen infästs fästelementet med konstant eller huvudsakligen konstant vridhastighet, varvid den signifikant förändring av storheten detekteras med avseen- de på tiden för infästningen av fästelementet. Töjningen av fäst- 10 15 20 25 30 35 elementets axel beror vid en konstant vridhastighet av tiden för infästningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar medlet för mätning av storheten ett sensorelement anpassad att exponeras för nämnda magnetfält efter magnetfältets genomträngande av axeln, varvid nämnda storhet är åtminstone en av en resistans och en induktans hos sensorelementet. Resistansen och en in- duktansen hos sensorelementet beror av den momentana mag- netiska susceptibiliteten hos axeln.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är sensorelementet an- passat att åtminstone delvis omsluta ett vridhuvud hos fästele- mentet medan vridhuvudet påverkas av en vridande kraft.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är sensorelementet en induktiv komponent, så som en spole. Den induktiva komponen- ten är anpassad att vid exponering av ett alternerande magnet- fält inducera en elektrisk ström, vilken elektriska ström detekte- ras av kontrollenheten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är medlet för generering av det alternerande magnetfältet anpassad att mottaga en alter- nerade elektrisk ström med en frekvens mellan 1 Hz och 1 MHz, företrädesvis mellan 28 Hz och 350 Hz, varvid nämnda alterne- rande magnetfält genereras.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar medlet för ge- nerering av det alternerande magnetfältet en induktiv kompo- nent, så som en spole, vilken induktiva komponent är anpassad att åtminstone delvis omsluta ett vridhuvud hos fästelementet medan vridhuvudet påverkas av en vridande kraft.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar anordningen medel för generering av ett statiskt magnetfält som genomträng- er axeln. Genom det statiskt magnetfält förstärks den signifikant 10 15 20 25 30 35 förändring av storheten, varvid detekteringen av den signifikant förändring av storheten underlättas.

Det andra ändamålet av uppfinningen tillhandahålls av en utfö- ringsform av uppfinningen enligt kravet 11, varvid anordningen innefattar en vridöverföringsenhet anpassad att överföra en vridande kraft till fästelementet eller ett gängat infästningsele- ment, varvid vridöverföringsenheten är anpassad att medelst kontrollenheten kontrolleras i beroende av en indikering av en uppnådd sträckgränsbelastning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att avbryta vridöverföringsenhetens överföring av den vridande kraften till fästelementet vid en indikering av en upp- nådd sträckgränsbelastning. Därigenom kan fästelementet hind- ras att belastas inom det plastiska tillståndet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att avbryta vridöverföringsenhetens överföring av den vridande kraften till fästelementet vid en indikering av en sträck- gränsbelastning enligt RpO.2 gränsen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att lagra information om en uppnådd sträckgränsbelast- ning för ett specifikt fästelement.

Det tredje ändamålet av uppfinningen tillhandahålls av en utfö- ringsform av uppfinningen enligt kravet 12, varvid vridöverfö- ringsenheten är anpassad att utifrån indikeringen om en upp- nådd sträckgränsbelastning vrida fästelementet så att belast- ningen av fästelementet korrigeras med ett bestämt värde.

Sträckgränsbelastning används som en referens för att korrigera belastningen av fästelementet i stycket med ett visst värde. Ge- nom korrigeringen är det möjligt att belasta fästelementet med det bestämda värdet från sträckgränsbelastningen in i det plas- 10 15 20 25 30 35 tiska tillståndet eller med det bestämda värdet in i det elastiska tillståndet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att lagra information om nämnda korrigering med det be- stämda värdet från sträckgränsbelastningen för ett specifikt fästelement.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är kontrollenheten an- passad att ta emot mätvärden för nämnda storhet och lagra in- formation om storheten vid en avslutning av dragningen av fäst- elementet. Dragningen av fästelementet avslutas vid sträck- gränsbelastningen eller efter korrigeringen av spänningen hos fästelementet med det bestämda värdet från sträckgränsbelast- ningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är anordningen anpas- sad att efter avslutad infästning av fästelementet generera ett alternerande magnetfält som genomtränger fästelementets axel medelst medlet för generering av det alternerande magnetfältet, mäta storheten som beror av den momentana magnetiska sus- ceptibiliteten hos axeln medelst medlet för mätning av storheten, jämföra storheten vid infästning av fästelementet med storheten en tid efter avslutad infästning och bestämma om förändringen av storheten överstiger ett bestämt värde medelst kontrollenhe- ten, varvid kontrollenheten är anpassad att då storheten översti- ger det bestämda värdet för förändringen indikera att föränd- ringen överstiger det bestämda värdet.

En tid efter avslutad infästning av fästelementet, så som nägra månader eller år, kan spänningen i fästelementet avta på grund av rörelser i stycket, materialet i stycket eller fästelementet kry- per, etcetera. Genom att jämföra storheten som beror av den momentana magnetiska susceptibiliteten vid avslutningen av dragningen med den momentana magnetiska susceptibiliteten en tid efter avslutad infästning är det möjligt att detektera en 10 15 20 25 30 förändring i spänningen hos fästelementet. Därigenom är det möjligt att detektera fästelement som en tid efter avslutad in- fästning inte har tillräcklig hög spänning.

Tidigare nämnda ändamål uppnås även genom en metod enligt kraven 13 till 15. Metoden enligt kravet 13 innefattar stegen generering av ett alternerande magnetfält som genomtränger axeln, mätning av en storhet som beror av den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln, detektering av en signifikant förändring av storheten, bestämning av om axeln hos fästelementet har uppnått sträck- gränsbelastningen baserat på den signifikanta förändringen av storheten, och indikering av att fästelementet har uppnått sträckgränsbelast- ningen i beroende av nämnda bestämning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar metoden ste- gen: identifiering av en huvudsakligen konstant förändringstakt av storheten med avseende på en töjning hos axeln, och detektering av nämnda signifikanta förändring av storheten då en avvikelse från den huvudsakligen konstanta förändringstak- ten av storheten uppnår eller överstiger ett bestämt värde.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar metoden ste- gen: identifiering av en absolut förändring av storheten från något att ett ursprungsvärde eller ett extremvärde av nämnda storhet, detektering av nämnda signifikanta förändring av storheten då absolut förändring av storheten uppnått ett bestämt värde.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar metoden ste- gen: 10 15 20 25 30 35 10 vridning av fästelementet utifrån en indikering om en uppnådd sträckgränsbelastning så att belastningen av fästelementet kor- rigeras med ett bestämt värde.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1a visar en indikeringsanordning enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 1b visar en förstoring av en del av anordningen som visas i figur 1a.

Figur 1c visar ett blockdiagram över en metod enligt en utfö- ringsform av uppfinningen.

Figur 2a visar ett exempel på ett diagram för att detektera en signifikant förändring av en storhet utifrån inversen av induktan- sen.

Figur 2b visar ett exempel på ett diagram för att detektera en signifikant förändring av en storhet utifrån induktansen.

Figur 3a visar ett exempel på ett diagram för att detektera en signifikant förändring av en storhet utifrän induktansen.

Figur 3b visar ytterligare ett exempel för att detektera en signifi- kant förändring av en storhet utifrån resistansen.

Figur 4 visar ett diagram som anger ett beroende mellan vridvin- kel, inspänningskraft och töjning hos ett fästelement.

Figur 5 visar ett diagram som anger ett beroende mellan induk- tans, resistans hos en spole och frekvens hos ett alternerande magnetfält.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN Figur 1a visar ett tvärsnitt av en anordning 1 för att bestämma och indikera om ett fästelement 3 vid infästning i ett stycke 5 har 10 15 20 25 30 35 11 uppnått en sträckgränsbelastning. Figur 1b visar en förstoring av en del av anordningen 1 som visas i fig. 1a. Bestämningen och indikeringen av sträckgränsen sker således i realtid under in- fästning av fästelementet 3.

Fästelementet 3 innefattar en gängad axel 7 som innefattar ett magnetostriktivt material. Fästelementet 3 kan exempelvis vara en skruv eller liknande gängat element. Den gängade axeln 7 innefattar ett magnetostriktiva material, vilket materials magne- tiska egenskaper påverkas av mekaniska spänningari materia- let. Det magnetostriktiva materialet innefattar exempelvis olika legeringar av järn eller nickel. Fästelementet 3 har ett vridhuvud 8 i anslutning till den gängade axeln 7 för mottagande av en vridande kraft.

Anordningen 1 innefattar medel 9, 12 för generering av ett alter- nerande magnetfält som genomtränger axeln 7 och vridhuvudet 8. I den i figuren visade utföringsformen innefattar medlet för generering av det alternerade magnetfältet en första spole 9 som förses med en alternerande ström från en första strömför- sörjningsenhet 12. Den första spolen 9 är placerad kring vridhu- vudet 8 utan att vara i kontakt med vridhuvudet 8. Mellan den första spolen 9 och vridhuvudet 8 befinner sig en luftspalt och en utvändig vridhylsa 13 anpassad att överföra en vridande kraft till vridhuvudet 8.

Anordningen 1 innefattar medel 9, 14 för mätning av en storhet som beror av den momentana magnetiska suseptibiliteten hos axeln 7. Medlet för mätningen av storheten innefattar ett sen- sorelement anpassat att påverkas av det alternerande magnet- fältet. I fig. 1a och 1b är sensorelementet en spole, i detta fall den första spolen 9. Den första spolen 9 är anpassad att expo- neras av det alternerande magnetfältet efter magnetfältets ge- nomträngande av axeln 7. l\/Iedlet för mätning av storheten inne- fattar även en mätenhet 14 anpassad att mäta storheten som uppkommeri den första spolen 9 efter exponering av det alter- 10 15 20 25 30 35 12 nerade magnetfältet. Storheten är exempelvis induktansen och resistansen hos den första spolen 9. Mätenheten 14 är anpas- sad att mäta storheten baserat på en ström som induceras i den första spolen 9 på grund av det alternerande magnetfältet.

I den visade utföringsformen innefattar således medlet 9, 12 för generering av det alternerande magnetfältet och medlet 9, 14 för mätning av storheten samma första spole 9. I en alternativ utfö- ringsform medlet 9, 12 för generering av det alternerande mag- netfältet och medlet 9, 14 för mätning av storheten olika spolar.

Anordningen 1 innefattar en kontrollenhet 16 anpassad att ta emot mätvärden för storheten från mätenheten 14. Kontrollenhe- ten 16 är anpassad att detektera en signifikant förändring av storheten baserad på de mottagna mätvärdena av storheten.

Kontrollenheten 16 är anpassad att vid en detektering av den signifikanta förändringen avgöra och indikera om axeln 7 hos fästelementet 3 har uppnått sträckgränsbelastningen. lndike- ringen av sträckgränsbelastningen kan exempelvis ske genom ett indikeringsmedel 18, så som en lampa, en högtalare eller lik- nande indikeringsmedel 18.

Anordningen 1 innefattar en vridöverföringsenhet 19 anpassad att överföra en vridande kraft till vridhuvudet 8 hos fästelemen- tet 3. Den vridande kraften överförs genom en vridhylsa 13.

Enligt en utföringsform sker indikeringen av sträckgränsbelast- ningen genom att kontrollenheten 16 skickar en stoppsignal till vridöverföringsenhet 19, varvid överföringen av den vridande kraften från vridöverföringsenhet 19 till vridhuvudet 8 hos fäst- elementet 3 avbryts. I en alternativ utföringsform sker indike- ringen av sträckgränsbelastningen genom att kontrollenheten 16 skickar en indikeringssignal till vridöverföringsenhet 19, vilken indikeringssignal framkallar att vridöverföringsenhet 19 överför en vridande kraft till vridhuvudet 8 hos fästelementet 3 så att 10 15 20 25 30 35 13 belastningen av fästelementet 3 korrigeras med ett bestämt vär- de utifrån sträckgränsbelastningen.

Kontrollenheten 16 är således anpassad att styra vridöverfö- ringsenhetens överförande av vridkraft till fästelementets 3 vrid- huvud 8 i beroende av en indikering av en uppnådd sträck- gränsbelastning. Därigenom är kontrollenheten 16 anpassad att korrigera en uppnådd sträckgränsbelastning med ett bestämt värde. Fästelementet 3 kan korrigeras med det bestämda värdet från sträckgränsbelastningen så att fästelementet 3 återgår till det elastiska tillståndet eller så att fästelementet 3 inträder i det plastiska tillståndet.

Anordningen 1 innefattar medel 20, 22 för generering av ett sta- tiskt magnetfält som genomtränger axeln 7. Det statiska magnet- fältet genereras exempelvis av en andra spole 20 som omger fästelementets 3 vridhuvud 8. Den andra spolen 20 genererar det statiska magnetfältet genom att en andra strömförsörjnings- enhet 22 förser den andra spolen 20 med en likström. Den andra spolen 20 är placerad kring den första spolen 9.

Vridhuvudet 8 utbreder sig i ett plan som är huvudsakligen pa- rallellt med en yta hos stycket 5. Den första spolen 9 är huvud- sakligen placerad i nämnda plan. På samma sätt är den andra spolen 20 huvudsakligen placerad i planet. Därigenom genom- tränger det genererade alternerande magnetfältet och det statis- ka magnetfältet axeln 7 hos fästelementet 3.

Den första spolen 9 är anpassad att mottaga en alternerande ström med en frekvens mellan 1 Hz och 1 MHz, företrädesvis mellan 28 Hz och 350 Hz, för genererande av det alternerande magnetfältet. Vid allt för höga frekvenser hos det genererade alternerande magnetfältet kan inte magnetfältet genomtränga ytan hos fästelementet 3 på grund av den så kallade skineffek- ten. Således är det inte möjligt att detektera en sträckgränsbe- lastning hos fästelementet 3 vid alltför höga frekvenser. 10 15 20 25 30 35 14 Figur 1c visar ett blockdiagram över en metod för bestämning av en sträckgränsbelastning vid infästning av fästelementet 3. Me- toden är anpassad att kontinuerligt användas under infästning av fästelementet 3.

Block 30 av metoden innefattar generering av ett alternerande magnetfält som genomtränger axeln 7 hos fästelementet 3. Där- igenom påverkas magnetfältet av de magnostriktiva egenska- perna hos axeln 7 hos fästelementet 3.

I block 32 innefattar metoden mätning av en storhet som beror av den momentana magnetiska suseptibiliteten hos axeln 7 hos fästelementet 3. Storheten är exempelvis resistansen eller in- duktansen hos den första spolen 9.

I block 34 innefattar metoden en detektering av en signifikant förändring av storheten. I en utföringsform av metoden sker de- tekteringen av den signifikanta förändringen av storheten genom att identifiera en huvudsakligen konstant förändringstakt av storheten med avseende på töjningen hos axeln 7 hos fästele- mentet 3 och att identifiera en avvikelse från den huvudsakligen konstanta förändringstakten av storheten. I en alternativ utfö- ringsform av metoden sker detekteringen av den signifikanta förändringen av storheten genom att detektera en absolut för- ändring av storheten utifrån ett ursprungsvärde eller ett extrem- värde av storheten.

I block 36 innefattar metoden en bestämning av om axeln 7 hos fästelementet 3 har uppnått sträckgränsbelastningen baserad på den signifikanta förändringen av storheten. Vid en bestämning av att fästelementet 3 har uppnått sträckgränsbelastningen inne- fattar metoden enligt block 38 indikering av en uppnådd sträck- gränsbelastning. 10 15 20 25 30 35 15 Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar indikeringen i block översändande av en indikeringssignal, vilken indikerings- signal i block 40 startar en korrigering av belastningen av fäst- elementet 3.

Vid en avsaknad av en bestämning av en uppnådd sträckgräns- belastning återupprepas metoden från block 30. Således är me- toden anpassas att itereras till dessa att en sträckgränsbelast- ning indikeras.

Figur 2a, 2b, 3a och 3b visar olika utföringsformer av kontroll- enhetens 16 detektering av den signifikanta förändringen av storheten.

Figur 2a visar en graf över inversen av induktansen och infäst- ningskraften mot fästelementets 3 töjning. I figur 2a detekteras den signifikanta förändringen av storheten inversen av induktan- sen genom en identifiering av en huvudsakligen konstant föränd- ringstakt av inversen av induktansen med avseende på töjning- en hos fästelementets 3 axel 7. Den signifikanta förändringen av storheten inversen av induktansen detekteras då en avvikelse från den huvudsakligen konstanta förändringstakten av storhe- ten inversen av induktansen överstiger ett bestämt värde.

I fig. 2a ses den kontinuerliga förändringstakten av inversen av induktansen med avseende på töjningen från ca 0,3 procents töjning upp till cirka 1,0 procents töjning. Den kontinuerliga för- ändringstakten visas genom en streckad linje. Den kontinuerliga förändringstakten överstämmer med den kontinuerliga föränd- ringstakten av infästningskraften med avseende på töjningen då fästelementet 3 befinner sig i det elastiska tillståndet.

Vid cirka en procents töjning avviker den kontinuerliga föränd- ringstakten av inversen av induktansen med avseende på töj- ningen och en ny förändringstakt inleds. Den avvikande föränd- ringstakten är inriktad inritad med en punktstreckad linje vilken 10 15 20 25 30 35 16 förändringstakt är lägre än den inledningsvis identifierade för- ändringstakten. Den avvikande förändringstakten behöver inte nödvändigtvis ske kontinuerligt.

I fig. 2a är även infästningskraften med avseende på töjningen inritad. Det kan ses att avvikelsen från den huvudsakligen kon- stanta förändringstakten av inversen av induktansen överens- stämmer med övergången från ett elastiskt tillstånd till ett plas- tiskt tillstånd, det vill säga sträckgränsbelastningen för fästele- mentet 3.

På samma sätt som i fig.2a visar fig. 2b ett diagram där storhe- ten induktansen med avseende på töjningen och infästningskraf- ten med avseende på töjningen visas. Bestämningen av den signifikanta förändringen av storheten induktansen sker på ett analogt sätt.

Figur 3a visar en graf över induktansen och infästningskraften mot fästelementets 3 töjning. I figur 3a detekteras den signifi- kanta förändringen av storheten induktansen genom en identifie- ring av en absolut förändring av induktansen utifrån ett ur- sprungsvärde eller ett extremvärde.

Den absoluta förändringen av storheten induktansen från ett ur- sprungsvärde eller ett extremvärde är beroende av fästele- mentslag och sträckgränsdefinition. I figur 3a visas detektering av den signifikanta förändringen utifrån fyra olika signaländring- ar, markerade med a, b, c, d, från ett initialvärde till sträck- gränsbelastningarna Rp0.01 och RpO.2 för en viss typ av fäst- element. För signaländringarna a och b utgår den signifikanta förändringen av storheten induktansen från ett ursprungsvärde av storheten. För signaländringarna c och d utgår den signifi- kanta förändringen av induktansen från ett maximivärde av stor- heten. 10 15 20 25 30 35 17 Det finns olika definitioner av sträckgränsbelastningen, så som Rp0.01 och RpO.2. För signaländringarna a och c sker detekte- ringen av den signifikanta förändringen av storheten induktan- sen för en sträckgränsbelastning av typen Rp0.01. För signal- ändringarna b och d sker detekteringen av den signifikanta för- ändringen av storheten induktansen för en sträckgränsbelast- ning av slaget RpO.2.

På samma sätt visar figur 3b en detektering av den signifikanta förändringen av storheten resistansen med avseende på töj- ningen. Detekteringen av den signifikanta förändringen av stor- heten resistansen sker utifrån ett ursprungsvärde av storheten resistansen för signaländringarna a' och b', och utifrån ett mini- mivärde av storheten resistansen för signaländringarna c' och d”. Detekteringen av den signifikanta förändringen av storheten resistansen sker på analogt sätt till bestämningen enligt fig. 3a.

Figur 4 visar ett diagram som anger ett beroende mellan vridvin- kel, inspänningskraft och töjning hos ett fästelement 3. Töjning- en hos axeln 7 bestäms baserat på en vridning av fästelementet 3 eller ett infästningselement med en vridvinkel.

Vridningen motsvarar en töjning och en infästningskraft hos ax- eln 7 hos fästelementet 3. Beroendet mellan vridvinkel, inspän- ningskraft och töjning hos ett fästelement 3 beror av en gäng- stigning hos den gängade axel eller infästningselementet. ln- fästningselement, ej visad i figurerna, är exempelvis en mutter eller liknande som vid vridning pressas mot stycket 5, vilket medför en ökad spänning hos axeln 7 hos fästelementet 3.

Figur 5 visar hur induktansen och resistansen varierar med fre- kvensen när spolen 9 är placerad i anslutning till fästelementet 3. Exempelvis är spolen 9 placerad ovanför vridhuvudet 8. Spo- len 9 genererar ett alternerande fält som påverkar vridhuvud 8 och axel 7 hos fästelementet 3, vilket vridhuvud 8 och axel 7 i sin tur påverkar spolens 9 induktans och resistans. Figur 5 visar 10 15 20 25 30 35 18 således den magnetiska responsen från fästelementet 3 uppmätt med spolen 9. Vid en ökning av frekvensen hos det alternerande magnetfältet ökar resistansen och induktansen minskar hos spo- len 9, och vise versa.

En elektrisk impedans för spolen 9 i närheten av fästelementet 3, till exempel vid vridhuvudet 8 hos fästelementet 3, uppmäts.

Den elektrisk impedans för spolen 9 kan beskrivas som z(f)=R(f)+joaL, där R är den elektriska resistansen som i sin tur beror på de magnetiska förlusterna i fästelementet 3, stycket 5 och vridhylsan 13, L är induktansen med magnetisk respons i fas med excitationen för fästelement 3, stycket 5 och vridhylsan 13, och o) = 2fcf, där f är excitationsfrekvensen i spolen. Det al- ternerande magnetfältet från spolen 9 används för att uppmäta spolens impedans i ett specifikt frekvensintervall från några Hz till flera kHz och har en konstant excitationsamplitud på ca 0.1 mT och med en riktning som sammanfaller med riktningen hos den mekaniska spänningen (töjningen) som skall mätas. En ty- pisk uppmätning av L och R som funktion av frekvens då spolen 9 är monterad i närheten av fästelement 3, vridhylsa 13 och stycket 5 ges av figur 5.

Den magnetiska susceptibiliteten vid låga excitationsfrekvenser, X, kan beskrivas som omvänt proportionell mot den magnetiska anisotropin, K. Detta gäller i synnerhet för material med en sus- ceptibilitet som har låg grad av påverkan från termiska variatio- ner.

För ett materialet gäller följande samband: l--* .V :v w.. ezl där K kan skrivas som: fi' = :vw-sus Och där cs är den mekaniska spänningen i fästelementet 3, C är en konstant som beror av materialets magnetostriktion och KO är den magnetiska anisotropin utan pålagd mekanisk spänning. ln- duktansen för spolsystemet är proportionellt mot permeabiliteten för det magnetiska material som ligger i nära anslutning till spol- systemet. 10 15 20 25 30 19 Permeabiliteten är ungefär lika med susceptibiliteten, ty X>>1: -' g, :RS vilket ger att: 1 1 Cïf i "Å- * ~ _ d v s : l _ it? Le :rf _: q, .._,. .- __, -c Således, om 1/L plottas mot töjningen så återspeglar det själva töjningskurvan för fästelementet 3 förutsatt att de andra magne- tiska materialen inte deformeras under vridningen, så som vrid- hylsan 13 eller stycket 5.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan modifieras och varieras inom ramen för de efterföljan- de patentkraven.

Exempelvis kan den första strömförsörjningsenheten 12 och den andra strömförsörjningsenhet 22 kan vara samma strömförsörj- ningsenhet. Den vridande kraften överförs antingen genom en utvändig vridhylsa 13, så som visad i fig. 1a och 1b, eller genom ett invändigt verktyg, så som ett insexverktyg.

Medlet 9, 12 för generering av det alternerande magnetfältet och medlet 9, 14 för mätning av storheten befinner sig antingen i ett statiskt tillstånd eller i ett roterande tillstånd tillsammans med vridöverföringsenhet 13, 19 vridning av fästelementet 3 eller in- fästningselementet.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 20 KRAV

1. Anordning (1) för att indikera om ett fästelement (3) vid in- fästning i ett stycke (5) har uppnått en sträckgränsbelastning, varvid fästelementet (3) innefattar en gängad axel (7), vilken axel (7) innefattar ett magnetostriktivt material, kännetecknad a_v att anordningen (1) innefattar: - medel (9, 12) för generering av ett alternerande magnetfält som genomtränger axeln (7), - medel (9, 14) för mätning av en storhet som beror av den momentana magnetiska susceptibiliteten hos axeln (7), varvid medlet (9, 14) för mätning av storheten är anpassat att expo- neras för nämnda magnetfält efter magnetfältets genom- trängande av axeln (7), - en kontrollenhet (16) anpassad att ta emot mätvärden för nämnda storhet och detektera en signifikant förändring av storheten, varvid kontrollenheten (16) är anpassad att base- rat på den signifikanta förändringen avgöra och indikera om axeln (7) hos fästelementet (3) har uppnått sträckgränsbe- lastningen.

2. Anordning (1) enligt kravet 1, kännetecknad av att den sig- nifikant förändring av storheten sker med avseende på en töj- ning hos axeln (7).

3. Anordning (1) enligt något av kravet 2, kännetecknad av att töjningen hos axeln (7) bestäms baserat på en vridning av fästelementet (3) eller ett gängat infästningselement, och en gängstigning hos nämnda gängade axel (7) eller infästnings- element.

4. Anordning (1) enligt något av kravet 2 och 3, kännetecknad a_v att kontrollenheten (16) är anpassad att identifiera en hu- vudsakligen konstant förändringstakt av storheten med avse- ende på töjningen hos axeln (7), varvid nämnda signifikanta förändring av storheten detekteras då en avvikelse från den 10 15 20 25 30 35 21 huvudsakligen konstanta förändringstakten av storheten överstiger ett bestämt värde.

5. Anordning (1) enligt något av kravet 1 till 3, kännetecknad a_v att kontrollenheten (16) är anpassad att detektera den sig- nifikant förändring av storheten då en absolut förändring av storheten från något att ett ursprungsvärde eller ett extrem- värde uppkommit.

6. Anordning (1) enligt något av de föregående kraven, i netecknad av att medlet för mätning av storheten (9, 14) in- nefattar ett sensorelement (9) anpassad att exponeras för nämnda magnetfält efter magnetfältets genomträngande av axeln (7), varvid nämnda storhet är åtminstone en av en resi- stans och en induktans hos sensorelementet (9).

7. Anordning (1) enligt krav 6, kännetecknad av att sensor- elementet (9) är anpassat att åtminstone delvis omsluta ett vridhuvud (8) hos fästelementet (3) medan vridhuvudet (8) påverkas av en vridande kraft.

8. Anordning (1) enligt något av de föregående kraven, i netecknad av att medlet (9, 12) för generering av det alterne- rande magnetfältet är anpassad att mottaga en alternerade elektrisk ström med en frekvens mellan 1 Hz och 1 MHz, före- trädesvis mellan 28 Hz och 350 Hz, varvid nämnda alterne- rande magnetfält genereras.

9. Anordning (1) enligt något av de föregående kraven, i netecknad av att medlet (9, 12) för generering av det alterne- rande magnetfältet innefattar en induktiv komponent (9), vil- ken induktiva komponent är anpassad att åtminstone delvis omsluta ett vridhuvud (8) hos fästelementet (3) medan vrid- huvudet (8) påverkas av en vridande kraft. 10 15 20 25 30 35 22

10. Anordning (1) enligt något av de föregående kraven, kän- netecknad av att anordningen (1) innefattar medel (20, 22) för generering av ett statiskt magnetfält som genomtränger axeln (7)-

11. Anordning (1) enligt något av de föregående kraven, kän- netecknad av att anordningen (1) innefattar en vridöverfö- ringsenhet (13, 19) anpassad att överföra en vridande kraft till fästelementet (3) eller ett gängat infästningselement, var- vid vridöverföringsenheten (13, 19) är anpassad att medelst kontrollenheten (16) kontrolleras i beroende av en indikering av en uppnådd sträckgränsbelastning.

12. Anordning (1) enligt kravet 11, kännetecknad av att vrid- överföringsenheten (13, 19) är anpassad att utifrån indike- ringen om en uppnådd sträckgränsbelastning vrida fästele- mentet (3) så att belastningen av fästelementet (3) korrigeras med ett bestämt värde.

13. Metod för att medelst en anordning (1) indikera om ett fästelement (3) vid infästning i ett stycke (5) har uppnått en sträckgränsbelastning, varvid fästelementet (3) innefattar en gängad axel (7), vilken axel (7) innefattar ett magnetostriktivt material, varvid metoden innefattar stegen: - generering av ett alternerande magnetfält som genomträng- er axeln (7), - mätning av en storhet som beror av den momentana magne- tiska susceptibiliteten hos axeln (7), - detektering av en signifikant förändring av storheten, - bestämning av om axeln (7) hos fästelementet (3) har upp- nått sträckgränsbelastningen baserat på den signifikanta för- ändringen av storheten, och - indikering av att fästelementet (3) har uppnått sträckgräns- belastningen i beroende av nämnda bestämning.

14. Metod enligt kravet 13, varvid metoden innefattar: 10 23 - identifiering av en huvudsakligen konstant förändringstakt av storheten med avseende på en töjning hos axeln (7), och - detektering av nämnda signifikanta förändring av storheten då en avvikelse från den huvudsakligen konstanta föränd- ringstakten av storheten överstiger ett bestämt värde.

15. Metod enligt något av kravet 13 och 14, varvid metoden innefattar: - vridning av fästelementet (3) utifrån en indikering om en uppnådd sträckgränsbelastning så att belastningen av fäst- elementet (3) korrigeras med ett bestämt värde.