SE515974C2 - Metod för förspänning av ett förband innehållande två eller fler gängade fästelement - Google Patents

Description

515 9314 n o c us en oun- n u 1 o :een u non: u o o o :can c n n 0 I Q u Oc o 1 none n a u o alo- o Q nu 1 0 1 u a :Q 2) ett beroende av den väsentliga skillnaden i statiskt och dynamiskt friktionsmotstånd som föreligger i de gängade fästelementen, vilket också resulterar i en oönskad spridning av förspänningsnivån i förbandet, och 3) en kontinuerlig momentansättning av àtdragningsverktyget, även vid stillastående, vilket innebär att det är svårt att använda elektriska åtdragningsverktyg beroende på överhettningsproblem i verktygsmotorn.

Vad beträffar friktionsberoendet hos den momentrelaterade åtdragningsmetoden är det viktigt att notera att huvuddelen, ibland omkring 90% av det avgivna momentet, absorberas av friktionsmotstånd i de gängade fästelementen, och eftersom friktionen typiskt varierar med 25-30% är det uppenbart att det uppmätta momentet är en mycket dålig reflektion av den klämkraft som uppnås av fästelementen.

Huvudändamålet med uppfinningen är att lösa ovannämnda problem och att väsentligt förbättra noggrannheten hos den uppnådda klämkraften genom referens till den aktuella axialkraften i varje fästelement under hela förspänningsförloppet.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen baserar sig åtdragningsmetoden på bestämningen av variationerna i axialkraft på vart och ett av fästelementen via bestämningen av variationer i fästelementens längd genom uppmätning av variationer i flykttid för överljudsvågor som induceras i fästelementen.

Ytterligare särdrag och fördelar hos uppfinningen kommer att framgå av den följande beskrivningen i vilken beskrivs ett exempel med referens till bifogade ritningar.

Ritningsförteckning: 515 974 Fig 1 visar ett förband inkluderande fyra gängade fästelement och en àtdragningsanordning för samtidig och individuell åtdragning av fästelementen.

Fig 2 visar ett längsgående snitt genom en momentavgivande spindel med en mutterhylsa och en ljudvàgsinducerande elektrod för samverkan med ett gängat fästelement.

Fig 3 visar ett diagram som illustrerar ätdragningen av ett av fästelementen hos ett förband under åtdragning i enlighet med uppfinningen.

Fig 4 visar ett diagram liknande Fig 3 och illustrerar åtdragning av ett andra fästelement ingående i samma förband.

Fig 5 visar ett diagram som illustrerar åtdragning av ett av fästelementen hos ett förband i enlighet med en tvàstegsförspänningsmetod_ Förspänningsmetoden enligt uppfinningen kommer att beskrivas i samband med ett förband som innefattar minst två gängade fästelement. Exemplet som visas i Fig 1 innefattar ett förband 10 som bildas av en huvuddel 11 och en ansluten övre del 12. Förbandet 10 innefattar en packning 13 för åstadkommande av en tät förbindelse mellan de tvâ delarna 10, 11. En vanlig tillämpning av denna typ av förband är montering av cylinderlock pà motorblock hos förbränningsmotorer.

Uppfinningen är emellertid lika väl applicerbar pä förband utan packningar men innefattande en eller flera delar som gör förbandet benäget att sätta sig under förspänningen.

Huvudsaken är att förbandet har sådana egenskaper att klämkraften i förbandet tenderar att minska under ett initialt àtdragningsskede förutsatt att inga specifika åtgärder vidtas.

Förbandet som illustreras i Fig 1 innefattar fyra gängade_ fästelement 15 a-d i form av skallskruvar införda genom den övre delen 12 och ingängade i huvuddelen 11, eller i form LH _A- çn \Q ~J 4% av pinnbultar fastmonterade i huvuddelen 11 och muttrar pàgängade på den övre delen av sådana pinnbultar.

I Fig 1 visas också en multipelmutterdragare 18 uppvisande fyra individuellt roterbara och styrda utgående axlar 19a-d vilka är avsedda att samtidigt samverka med de gängade fästelementen 15 a-d och att utöva ett åtdragningsmoment på dessa.

Såsom visas i Fig 2 har var och en av mutterdragarspindlarna 19 en splines-försedd ände 22 för uppbärande av en hylsa 23 för samverkan med fästelementet.

Varje spindel 19 är axiellt förskjutbar och fjäderbelastad av en fjäder 24 mot ingreppsläget med respektive fästelement 15. Var och en av spindlarna 19 är också försedd med ett organ 25 för generering och detektering av ultraljudvàgor genom anliggande samverkan med ändytan 26 hos fästelementet 15.

I detta exempel innefattar organet 25 för generering och detektering av ultraljudvàgor en elektrod 27 anordnad koncentriskt i spindeln 19,samt en piezo-elektrisk givare 28 som är oseparerbart anbringad på den bakre ändytan 26 hos fästelementet 15. Elektroden 27 är ansluten till en styrenhet (icke visad) placerad i multipelmutterdragaren 18 eller på avstånd därifrån, och änden hos elektroden är axiellt fjäderbelastad av en icke illustrerad fjäder till kontakt med givaren 28.

Denna typ av anordning för generering och detektering av ultraljudvågor är tidigare i och för sig förut känd exempelvis genom USA-patentet 4,846,001.

För att illustrera förspånningsmetoden enligt en utföringsform av uppfinningen refereras till de två diagrammen som visas i Fig 3 och 4 och som illustrerar 515 974 axialkraften F och rotationsvinkeln @ i relation till tiden för två av fästelementen i förbandet 10. Åtdragningsresponsen hos de två andra icke illustrerade fästelementen är ungefär densamma men av tydlighetsskäl är beskrivningen begränsad till bara två av fästelementen. Det bör noteras att den beskrivna och illustrerade förspänningsmetoden utgör endast ett exempel av metoden enligt uppfinningen i vilken den avsedda slutliga klämkraftnivän FT i förbandet ästadkommes direkt, dvs. denna metod innefattar inte nägra mellanliggande steg där förbandet àtdrages till en eller flera klämkraftnivàer.

Uppfinningen är emellertid inte alls begränsad till den beskrivna metoden utan kan likaväl inkludera mellanliggande steg som slutar vid en eller flera klämkraftniváer liggande under den avsedda slutliga klämkraftnivàn FT Förbandet 10 som helhet liksom var och en av fästelementen 15 a - d är avsedda att förspännas till en förutbestämd mälnivà P3 hos axialkraften. Detta uppnås genom att spindlarna 19 a - d hos mutterdragaren 18 anbringas pä fästelementen 15 a-d och ett ätdragningsmoment ansätts samtidigt pä alla fästelementen 15 a-d till den avsedda klämkraftmälnivàn FT uppnås. Därefter stannas mutterdragarspindlarna. Axialkraften F i fästelementen, vilken illustreras med en heldragen linje i diagrammen i Fig 3 och 4, stiger alltså direkt fràn noll till màlnivàn FT . Denna uppnås i punkten tl där fästelementet har roterats till ett vinkelläge G5. Vinkelläget hos fästelementet illustreras med den streckade linjen i diagrammet och dä rotationen upphör blir den streckade linjen horisontell.

Efter ett kort ögonblick, i punkten t2, har en sättning uppstått i förbandet vilken är tillräckligt stor för att initiera en àterstart av just den spindeln hos mutterdragaren 18 för att rotera fästelementet till ett 515 974 nytt vinkelläge G5 där axialkraften i fästelementet har återtagit den avsedda målnivån FT _ Detta inträffar i punkten ts där spindeln ånyo stoppas. Efter ytterligare ett tidsintervall och en ytterligare sättning hos förbandet 10 àterstartas mutterdragarspindeln vid punkten t4, för att förflytta fästelementet till ett läge G5 vilket uppnås vid punkten ts. Målbelastningsnivån FT har återuppnåtts.

Efter ytterligare ett uppehåll har förbandet 10 satt sig ytterligare och mutterdragarspindeln återstartas en tredje gång i punkten ts för att återupprätta den avsedda axialkraftnivån FT i fästelementet. Detta uppnås i punkten t7. Efter detta förblir axialkraften konstant, dvs. inga ytterligare sättningar som påverkar fästelementet inträder.

I en punkt tT där den uppmätta axialkraften F i alla fästelementen har varit konstant under ett visst tidsintervall avbryts åtdragningsprocessen.

Parallellt med åtdragningen av fästelementet såsom illustreras i diagrammet i Fig 3 åtdrages de andra tre fästelementen i förbandet 10 på ett liknande sätt. Ett av dessa illustreras i diagrammet i Fig 4. Såsom i det tidigare beskrivna exemplet resulterar den initiala rotationen av detta fästelement i en direkt förspänning till målbelastningsnivän FT i en punkt tl. I denna punkt har fästelementet nått ett vinkelläge G5, och efter fyra ytterligare återdragningar i punkterna tg, ty t¿ och ty läggs ytterligare rotationsvinklar till fästelementet från dä till ®2, G5, GQ och Qg. Åtdragningsprocessen avbryts i tT där axialkraften F har varit oförändrad vid màlbelastningsnivån Eg under ett visst tidintervall.

Såsom nämnts ovan avbryts hela processen då axialkraften har varit konstant i alla fästelementen under ett visst tidsintervall dvs. inga ytterligare sättningar har skett i 515 974 förbandet. Detta indikeras i punkten tT i diagrammet i Fig 3.

Till följd av olika individuella karakteristika hos fästelementen 15 a-d, beroende bl.a. på deras olika placeringar i förbandet, inträffar åtdragningsåterstarten vid olika tillfällen för olika fästelement, dvs. ingen av punkterna tl - tv hos det först illustrerade fästelementet behöver sammanfalla med någon av punkterna tl - ts hos det andra fästelementet. Den slutliga punkten tT för avslutande av processen är dock gemensam för båda spindlarna.

Då målbelastningsnivån FT förblir konstant i alla fästelementen 15 a-d under ett visst tidsintervall, dvs. utan att några ytterligare sättningar har inträffat i förbandet, är åtdragningsprocessen komplett och mutterdragaren 18 avstängs slutligen.

En alternativ utföringsform av uppfinningen illustreras i Fig 5, nämligen en två-stegs-förspänningsprocess där förbandet initialt förspänns till en preliminär klämkraftnivå motsvarande en axialkraft Fpi vart och ett av fästelementen. Då denna preliminära belastningsnivå är säkert upprätthàllen i alla fästelementen fortsätter processen genom förspänning av fästelementet till målbelastningsnivån FT som motsvarar den önskade klämkraftnivån i förbandet.

Såsom illustreras i diagrammet i Fig 5 utförs två-stegs- förspänningsprocessen genom en initial åtdragning av vart och ett av fästelementen 15 a-d till en preliminär belastningsnivå FP. Denna uppnås vid en tidpunkt tl, varvid fästelementet har roterats till ett vinkelläge GQ.

Efter en viss tid har det förekommit en sättning i förbandet 10 vilket kräver att ett åtdragningsmoment åter 515 974 øøoøov I 0 caucus n 0 0 n se oo rann A n o urin nano 0 Q o 0 nan' :leo n n 0 0 ecco n o 0 0 coca a 0 n 0 0 0 O nu 0 0 :duo n 0 1 nen : U av 0 0 u 0 ansätts på förbandet i punkten tz. Den preliminära belastningen FP i fästelementet återuppnås vid G5” Efter ytterligare en sättning i förbandet återupptas åtdragningsmomentet på fästelementet i punkten t3 för att ytterligare en gång uppnå axialkraften FP i fästelementet.

Detta åstadkommes vid vinkelläget G5. Efter två ytterligare sättningar i förbandet 10 återupptas momentansättningen på fästelementet vid.t4 och ts, varvid fästelementet vrids till vinkellägena G5 och @5.

Efter det att förbandet har förspänts och hållits vid den prelinära klämkraftnivån Eg påbörjas det andra förspänningssteget vid punkten ts. Detta innebär att vart och ett av fästelementen åtdrages till målbelastningen FT vilken uppnås i positionen ®6. Efter ytterligare en sättning av förbandet 10 återansätts ett åtdragningsmoment på vart och ett av fästelementen i punkten t, och då efter ett visst tidsintervall inga ytterligare sättningar har indikerats avslutas processen och kraftmutterdragaren 18 stängs av. Det illustrerade fästelementet har då nått sitt slutliga vinkelläge ®7.

Det bör observeras att uppfinningen inte är begränsad till det ovan beskrivna exemplet utan kan ytterligare varieras inom ramen för patentkraven. Åtdragningsprocessen kan sålunda utföras i fler än tvà steg, i synnerhet då den tillämpas på större förband innefattande ett stort antal fästelement. En ojämn sättning av sådana förband kan förorsaka olika grader av spänningsnedsättning i fästelementen och kan också kräva åtdragning till fler mellanliggande nivåer för att uppnå en jämn slutlig förspänningsnivä i förbandet.

Det bör också påpekas att metoden enligt uppfinningen baserar sig på en direkt bestämning av den momentana o n o 0 515 971% ananas a 0 0 o on onani: u u 0 o nu ou our: n I 0 our: noen 0 0 Q 0 coca 1000 n n 0 :con 0 n Q 0 coca Icon 0 n 0 0 :can n on 0 0 0 n nu axialbelastningen i förbandets fästelement. Metoden är emellertid inte begränsad till användning av ovan beskrivna metoden för fastställande av axialbelastningen via mätning av den individuella förlängningen av varje fästelement.

Istället för att använda piezo elektriska ultraljudvàggeneratorer på fästelementen kan andra ekvivalenta metoder användas för fastställande av fästelementets förlängning och därigenom också axialkraften i fästelementen. Exempelvis kan ultraljudvàgor induceras i fästelementen genom elektrodynamiska ljudalstrare anordnade på mutterdragarens spindlar.

Claims (4)

515 97¿ ïäm.í¥fë.$.{ï3 10 Eatentkrayi

1. Metod för förspänning av sättningsbenägna skruvförband (10) innefattande två eller fler gängade fästelement (l5a-d) till en avsedd slutlig klämkraftnivà (P3) genom samtidigt anbringande av ett momentavgivande àtdragningsverktyg (l9a-d) pà varje fästelement (l5a-d), innefattande följande steg: I) samtidig ansättning av ett àtdragningsmoment pà alla fästelement (l5a-d), II) fastställande av den momentana axialkraften (F) under pågående momentansättning i vart och ett av fästelementen (l5a-d) genom mätning av variationernawiw .,,....,.@.f....»_....w~-w-*“ flykttiden hos ultraljudvàgor iflducerade i vart och ett av fästelementen~(l5a~d)y hlwnwwwim III) avbrštande av nämnda momentansättning pà vart och ett av fästelementen (l5a-d) då den momentana axialkraften (F) på respektive fästelement (l5a-d) har nått nämnda avsedda slutliga klämkraftnivànlïgwqkx IV) återansättning av ett àtdragningsmoment en eller fler gånger pä det eller de fästelement (l5a-d) på vilka axialkraften (F) har minskat till följd av sättning av förbandet (10) under ett eller flera avspänningsintervall för att återta den nämnda avsedda slutliga klämkraftnivàn (FT), samt V) avslutande av àtdragningen av förbandet (10) då axialkraften (F) har förblivit i huvudsak oförändrad vid en nivà motsvarande nämnda avsedda slutliga klämkraftnivå (FT) under ett slutligt tidsintervall i alla fästelement (l5a-d).

2. Metod enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda ultraljudvågor induceras i fästelementen (15a-d) genom en ljudvàgsgenererande organ fast anbringat på vart och ett av fästelementen och aktiverat av en elektrisk spänning pàlagd via nämnda ätdragningsverktyg. 11

3. Metod för förspänning av ett förband (10) innehållande två eller fler gängade fästelement (15a-d) till en avsedd klämkraftnivå genom samtidigt anbringande av ett momentavgivande åtdragningsverktyg (l9a-d) på vart och ett av fästelementen (15a-d), innefattande följande steg: I) samtidig ansättning av ett àtdragningsmoment på vart och ett av nämnda fästelement (15), II) fastställande under pågående momentansättning den momentana axialkraften (F) i vart och ett av fästelementen (15a-d) genom mätning av variationerna i flykttid hos ultraljudvågor inducerade i vart och ett av fästelementen (15a~d), III) avbrytande av nämnda momentansättning på vart och ett av fästelementen (15) då axialkraften (F) på respektive fästelement (15) har nått en preliminär nivå (FP) som motsvarar en klämkraftnivå i förbandet (10) som är lägre än nämnda avsedda slutliga klämkraftsnivå (FQ, IV) individuell àteransättning av àtdragningsmoment en eller fler gånger på det eller de fästelement (15) på vilka axialkraften (F) har sjunkit beroende på sättning av förbandet (10) under en eller flera bestämda tidsintervall för att därigenom återvinna nämnda preliminära klämkraftnivä (FP) i respektive fästelement, V) samtidig àteransättning av ett àtdragningsmoment på alla fästelement (15) för att föra dem till en målklämkraftnivå (FT) som motsvarar nämnda avsedda slutliga klämkraftnivå i förbandet (10), och VI) individuell àteransättning av ett àtdragningsmoment en eller fler gånger på det eller de fästelement (15) på vilka axialkraften (F) har minskat till följd av sättning av förbandet (10) under ett eller flera tidsintervall för att därigenom återvinna nämnda målklämkraftnivå (FT) i respektive fästelement, och 515 974 12 VII) avslutande av ätdragningen av förbandet (10) dä axialkraften (F) har förblivit i huvudsak konstant vid nämnda màlklämkraftnivà (FT) under ett visst tidsintervall i alla fästelementen (15).

4. Metod enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda samtidiga momentansättning pà alla fästelementen (15) avbryts och nämnda individuella äteransättning av moment upprepas också vid ett eller flera mellanliggande klämkraftnivàer i nämnda fästelement (15), mellan nämnda preliminära klämkraftnivä (FP) och nämnda slutliga màlklämkraftnivà (FT), för att åstadkomma en jämn sättning och klämkraftuppbyggnad i förbandet (10).