SE464622B

SE464622B - METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLED TENSIONING OF THREADED STRUCTURES

Info

Publication number: SE464622B
Application number: SE8903135A
Authority: SE
Inventors: G C Hansson
Original assignee: Atlas Copco Tools Ab
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-27
Also published as: SE8903135L; DE69011790D1; EP0419436A3; JPH03184774A; DE69011790T2; SE8903135D0; EP0419436B1; EP0419436A2

Description

464 622 2 metoden och anordningen enligt uppfinningen. 464 622 2 the method and device according to the invention.

Fig 3 visar en anordning enligt en utföringsform av * uppfinningen.Fig. 3 shows a device according to an embodiment of the invention.

Fig 4 visar en anordning enligt en annan utföringsform av uppfinningen.Fig. 4 shows a device according to another embodiment of the invention.

Fig 5 visar en anordning enligt ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen.Fig. 5 shows a device according to yet another embodiment of the invention.

I diagrammet i Fig 1 visas förhållandet mellan momentet M som överförs till förbandet, läget D hos verktygets handtag och tiden t för tre olika förband I, II och III vilka uppvisar olika momentgradienter. Förband I är det styvaste förbandet med en mycket brant momentgradient och en kort varaktighet på åtdragningsförloppet. Förband II uppvisar en medelbrant momentgradient, under det att förband III har en låg momentgradient och en förhållandevis lång varaktighet på åtdragningsförloppet.The diagram in Fig. 1 shows the relationship between the moment M which is transmitted to the joint, the position D of the tool handle and the time t for three different joints I, II and III which have different torque gradients. Joint I is the stiffest joint with a very steep torque gradient and a short duration of the tightening process. Compound II has a medium-torque gradient, while Compound III has a low torque gradient and a relatively long duration of the tightening process.

Under tidsaxeln illustreras läget D hos verktygets handtag som en funktion av det avgivna momentet M och av tiden t under åtdragningsförloppet.During the time axis, the position D of the tool handle is illustrated as a function of the torque M delivered and of the time t during the tightening process.

I alla tre fallen som visas i Fig 1 avslutas momentöverföringen mycket tvärt vilket illustreras med den vertikala delen till höger hos varje kurva. Detta mycket abrupta avslutande av momentöverföringen är * emellertid för snabbt i förhållande till människans förmåga att reagera. Detta illustreras av kurvan D som * sträcker sig förbi den högra änden av den motsvarande M- kurvan. 464 622 3 Beroende på åtdragningsförloppets varaktighet kan opertören överreagera och därigenom åstadkomma ett dubbelryck i verktygets handtag och i sina egna armar.In all three cases shown in Fig. 1, the torque transmission ends very abruptly, as illustrated by the vertical part to the right of each curve. However, this very abrupt end of the torque transmission is * too fast in relation to the human ability to react. This is illustrated by the curve D which * extends past the right end of the corresponding M-curve. 464 622 3 Depending on the duration of the tightening process, the operator may overreact and thereby cause a double jerk in the tool handle and in his own arms.

Denna mycket vanlig situation illustreras som åtdragningsfall II i Fig 1. Om varaktigheten hos åtdragningsförloppet är mycket kort såsom illustreras i fall I i Fig 1, är operatören för långsam i sin reaktion för att åstadkomma en stark muskelverkan. Istället absorberas största delen av reaktionsmomentet i massan hos verktyget själv och av massan i opertörens armar.This very common situation is illustrated as tightening case II in Fig. 1. If the duration of the tightening process is very short as illustrated in case I in Fig. 1, the operator is too slow in his reaction to produce a strong muscle action. Instead, most of the reaction moment is absorbed in the mass of the tool itself and by the mass in the arms of the operator.

Vid åtdragning av ett förband med en låg momentgradient, såsom i fall III i Fig 1, åtgår en förhållandevis lång tid för att uppnå den avsedda förspänningsnívån. I detta fall är åtdragningsförloppets varaktighet tillräckligt lång inte bara för att operatören skall utveckla en behövlig muskelkraft för att motstå ett kontinuerligt reaktionsmoment utan också tillräckligt lång för att möjliggöra för operatören att bygga upp en beredskap för det momentavbrott som skall komma. Detta innebär att det inte kommer att ske någon överreaktion.When tightening a joint with a low torque gradient, as in case III in Fig. 1, a relatively long time is required to reach the intended preload level. In this case, the duration of the tightening process is long enough not only for the operator to develop a necessary muscle force to withstand a continuous reaction moment but also long enough to enable the operator to build up a readiness for the torque interruption to come. This means that there will be no overreaction.

För att undvika överreaktioner från operatören som förorsakar en besvärlig och tröttsam arbetssituation förändrar metoden och anordningen enligt uppfinningen åtdragningsförloppet på så sätt att momentöverföringen till det gängade förbandet utsträcks i tiden förbi den punkt som representerar den förutbestämda förspänningsnívån. Den utsträckta momentöverföringen över ett tidsintervall. A t har en gradvis sjunkande karakteristik, och såsom illustreras i Fig 2 nedbringas momentet successivt till 0 enligt en linjär kurva.In order to avoid overreactions from the operator which cause an awkward and tiring working situation, the method and device according to the invention change the tightening process in such a way that the torque transmission to the threaded joint is extended in time past the point representing the predetermined bias level. The extended torque transmission over a time interval. A t has a gradually decreasing characteristic, and as illustrated in Fig. 2, the torque is gradually reduced to 0 according to a linear curve.

Den avtagande momentgradienten dM/dt kan justeras för att 464 622 4 anpassa det överförda momentets karakteristik hos verktyget till operatörens individuella förmåga att reagera. Exempelvis bör den utsträckta momentöverföringstiden A t vara justerbar inom ett intervall 0,1 - 0,5 s för ett förspänningsmomentintervall 15 - 150 Nm, och för högre förspänningsmoment bör _4 t ytterligar förlängas. En lämplig momentminskningsgradient dM/dt bör vara 50-300 Nm/s.The decreasing torque gradient dM / dt can be adjusted to adapt the characteristics of the transmitted torque of the tool to the individual ability of the operator to react. For example, the extended torque transmission time A t should be adjustable within a range of 0.1 - 0.5 s for a biasing torque range 15 - 150 Nm, and for higher biasing torques, _4 h should be further extended. A suitable torque reduction gradient dM / dt should be 50-300 Nm / s.

Anordningen som visas i Fig 3 utgörs av ett elektriskt drivet åtdragningsverktyg 10 innefattande en borstlös AC- motor, kraftförsörjningsorgan 11 och en styrenhet 12.The device shown in Fig. 3 consists of an electrically driven tightening tool 10 comprising a brushless AC motor, power supply means 11 and a control unit 12.

Kraftförsörjningsorganen 11 innefattar en växelriktare som matas med likström från en likströmskälla 14 vilken avger växelström av Variable frekvens och spänning till verktyget 10.The power supply means 11 comprises an inverter which is supplied with direct current from a direct current source 14 which delivers alternating current of Variable frequency and voltage to the tool 10.

Ett energiavkännande organ 15 är anordnat mellan växelströmskällan 14 och kraftförsörjningsorganen 11 och är anslutet till styrenheten 12. Till den senare är också anslutet ett organ 16 för inställning av moment- gradienten. Medelst detta organ 16 kan det önskade värdet på momentförändringshastigheten dM/dt ställas in.An energy sensing means 15 is arranged between the alternating current source 14 and the power supply means 11 and is connected to the control unit 12. To the latter a means 16 for setting the torque gradient is also connected. By means of this means 16, the desired value of the torque change rate dM / dt can be set.

Styrenheten 12 innefattar en programmerbar dator i vilken inmatas alla nödvändiga data för en tvâstegsåtdragning.The control unit 12 comprises a programmable computer into which all the necessary data for a two-stage tightening is entered.

Anordnignen som visas i Fig 4 skiljer sig från anordningen i Fig 2 genom att verktyget uppbär ett avkänningsorgan 25 för avkänning av det aktuella momentvärdet under verktygets arbete. Detta avkänningsorgan 25 är anslutet till en komparator 26 i vilken de aktuella avkända momentvärdena kan jämföras med inställda börvärden. Då det aktuella avkända värdet når 5 en förutinställd nivå avges en signal till styrenheten 12.The device shown in Fig. 4 differs from the device in Fig. 2 in that the tool carries a sensing means 25 for sensing the current torque value during the work of the tool. This sensing means 25 is connected to a comparator 26 in which the current sensed torque values can be compared with set setpoints. When the current sensed value reaches a preset level, a signal is output to the control unit 12.

Anordningen som visas i Fig 5 innehåller ett pneumatiskt kraftverktyg 30 försett med tryckluft via två parallela matningsledningar 31, 32 av vilka den ena kommunicerar med en tryckluftkälla via en ventil 33 under det att den andra kommunicerar med en tryckackumulator 35 via en ventil 36 och en justerbar strypning 37.The device shown in Fig. 5 contains a pneumatic power tool 30 provided with compressed air via two parallel supply lines 31, 32, one of which communicates with a source of compressed air via a valve 33 while the other communicates with a compressed accumulator 35 via a valve 36 and an adjustable throttling 37.

Under åtdragning är båda ventilerna 33, 36 öppna för framsläppning av tryckluft från tryckluftkällan till verktyget 30 liksom till ackumulatorn 35. Då den önskade slutliga åtdragningsnivån i förbandet uppnås stängs ventilen 33 under det att ventilen 36 fortfarande är öppen och låter tryckluft som magasinerats i ackumulatorn 35 hålla igång verktyget för ytterligare ett tidsintervall .A t. Tömningshastigheten hos ackumulatorn bestäms av inställningen på strypningen 37, och allt efter som trycket i ackumulatorns matarledning 32 sjunker sjunker det avgivna momentet från verktyget 30.During tightening, both valves 33, 36 are open for releasing compressed air from the compressed air source to the tool 30 as well as to the accumulator 35. When the desired final tightening level in the joint is reached, the valve 33 closes while the valve 36 is still open and allows compressed air stored in the accumulator 35 keep the tool running for another time interval .A t. The discharge rate of the accumulator is determined by the setting on the choke 37, and as the pressure in the accumulator supply line 32 decreases, the delivered torque from the tool 30 decreases.

Tömningshastigheten från ackumulatorn 35 motsvarar direkt den sjunkande gradienten dM/dt hos det avgivna momentet vilket innebär att dM/dt kan ändras genom justering av strypningen 37.The discharge rate from the accumulator 35 directly corresponds to the decreasing gradient dM / dt of the delivered torque, which means that the dM / dt can be changed by adjusting the throttle 37.

Claims

464 622 6 Patent claims

A method of tightening threaded joints, comprising transferring torque to a joint intended for tightening until a predetermined prestressing level in the joint is reached, characterized in that the torque transmission is gradually reduced after the predetermined prestressing level has been reached.

2. A method according to claim 1, characterized in that the torque transmission is gradually reduced over at least a significant part of the torque interval determined on the one hand by a torque level corresponding to said bias level and on the other hand by the zero level.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the torque transmission is terminated at two successive steps, the first of said steps starting at said predetermined bias level and comprising a relatively short and abruptly terminating torque transmission and the second of said steps following said first step and involves a relatively long slow decrease of the torque transmission.

A device for tightening threaded joints comprising a torque-emitting power tool (10), power supply means (11) for connecting the tool to a power source, and control means (12) connected to said power supply means (11), and comprising means for sensing the working condition of said tool, 42: CN. You are characterized in that said control means (12) comprises means for, on the one hand, initiating shut-off of the power supply to the tool when said predetermined prestressing level has been reached and on the other hand initiating continued successively decreasing power supply to the tool when said predetermined bias level has been passed.

Device according to claim 4, characterized in that means are arranged for initiating shut-off and for initiating continued successive reduction of the power supply, which means comprise an adjusting means (16) for adjusting the reduction gradient of the power supply.