SE532859C2

SE532859C2 - Method and tool for testing a joint comprising threaded fasteners

Info

Publication number: SE532859C2
Application number: SE0802379A
Authority: SE
Inventors: Carl-Gustaf Carlin
Original assignee: Atlas Copco Tools Ab
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-04-27
Also published as: SE0802379A1

Description

25 30 532 B55 det gängade fästelementet inte tillräckligt ätdraget för att maskinelementen ska vara ordenligt sammanfogade. 25 30 532 B55 the threaded fastening element is not sufficiently tightened for the machine elements to be properly joined.

Istället föreligger ett visst glapp mellan de styva plàtarna vid platsen för det àtdragna gängade fästelementet, där de inte pressats saman till tät anliggning. Gângade fästelement som är åtdragna på detta sätt utgör ett problem, eftersom de löper större risk att drabbas av utmattningsbrott, till följd av att det gàngade fästelementet får ta upp en fluktuerande last, trots att den klämmande kraften minskats mellan elementen.Instead, there is a certain gap between the rigid plates at the location of the tightened threaded fastening element, where they are not pressed together into a tight abutment. Threaded fasteners tightened in this way pose a problem, as they are at greater risk of fatigue failure, as a result of which the threaded fastener is allowed to absorb a fluctuating load, even though the clamping force between the elements is reduced.

För att åtgärda detta problem har det föreslagits att mellanlägg ska läggas mellan metallplåtarna för att överbrygga glappet. Detta är dock en inexakt, opàlitlig och även arbetsintensiv metod.To remedy this problem, it has been suggested that spacers be placed between the metal plates to bridge the gap. However, this is an inaccurate, unreliable and even labor-intensive method.

UPPFINNINGENS SYFTE OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Uppfinningens syfte är att erbjuda ett förfarande och en anordning som åtminstone kan begränsa problemen med känd teknik, och erbjuda ett förfarande och ett verktyg som är lätt att använda, även för icke specialutbildade operatörer, och som kan användas för snabb provning av redan åtdragna gängade fästelement med stor noggrannhet.OBJECT OF THE INVENTION AND MOST IMPORTANT CHARACTERISTICS The object of the invention is to provide a method and apparatus which can at least limit the problems of the prior art, and to provide a method and tool which is easy to use, even for non-specially trained operators, and which can be used for rapid testing. of already tightened threaded fasteners with great accuracy.

Dessa syften uppnås enligt uppfinningen med de kännetecken som framgår av de självständiga patentkraven.These objects are achieved according to the invention with the features which appear from the independent claims.

Med uppfinningen gär det att entydigt fastställa om ett förband innefattande gângade fästelement har dragits åt korrekt, och om maskinelementen, exempelvis metallplåtar, kläms fast ordentligt mot varandra.With the invention it is possible to unambiguously determine whether a joint comprising threaded fastening elements has been tightened correctly, and whether the machine elements, for example metal plates, are clamped firmly against each other.

Det gängade fästelementet kan utsättas för ett vridande moment från en motor med en transmission, eller bara genom att verktyget har tillräckligt långt handtag 10 15 20 25 30 533 B59 för att det vridande momentet ska kunna anbringas för hand av operatören. Verktyget innehåller därvid en bearbetningsenhet med kretsar och/eller mjukvara för att mäta den vinkel som fästelementet vrids.The threaded fastener can be subjected to a torque from a motor with a transmission, or only by the tool having a sufficiently long handle 533 B59 for the torque to be applied by hand by the operator. The tool then contains a machining unit with circuits and / or software for measuring the angle at which the fastening element is rotated.

Det vridmoment T som appliceras på det åtdragna gângade fästelementet mäts, och värdet på dess derivata, dT/de, mäts eller beräknas av verktyget under nämnda vridning, varvid det uppmätta vridmomentet T jämförs med ett lagrat värde Tﬁæﬁ, som exempelvis motsvarar en central region i området för elastisk deformation av det àtdragna gàngade fästelementet. Vidare jämförs det uppmätta eller beräknade värdet dT/dö med minst ett lagrat värde K; på dT/dö, som relaterar till och ligger nära (företrädesvis strax under) värdet på derivatan dT/dö i omrâdet för elastisk deformation av det åtdragna gängade fâstelementet. Det àtdragna gängade fästelementet godkänns om det uppmätta eller beräknade värdet pà dT/då är lika med eller större än Kg.The torque T applied to the tightened threaded fastener is measured, and the value of its derivative, dT / de, is measured or calculated by the tool during said rotation, the measured torque T being compared with a stored value T ﬁ æ ﬁ, which for example corresponds to a central region in the area for elastic deformation of the tightened threaded fastener. Furthermore, the measured or calculated value dT / die is compared with at least one stored value K; on dT / die, which relates to and is close to (preferably just below) the value of the derivative dT / die in the range of elastic deformation of the tightened threaded fastener. The tightened threaded fastener is approved if the measured or calculated value of dT / then is equal to or greater than Kg.

Felaktigt àtdragna gângade fâstelement i maskinelement med spel mellan elementen godkänns därmed inte, eftersom det har konstaterats att dT/de för sådana gängade fästelement ligger påtagligt lägre än det typiska värdet pà dT/då i området för elastisk deformation.Improperly tightened threaded fasteners in machine elements with play between the elements are thus not approved, as it has been found that the dT / s for such threaded fasteners are significantly lower than the typical value of dT / then in the range of elastic deformation.

Uppfinningens metod för àtdragning av gängade fästelement kan tillämpas med hjälp av ett specifikt provningsverktyg, exempelvis ett som liknar en vanlig manuell momentnyckel med lång arm, som också har kapacitet att derivera T som funktion av vridningsvinkeln å till dT/dö. Enligt uppfinningen kan provningsmetoden också tillämpas med en modifierad skruvdragare som utrustats för att genomföra provning av gängade fâstelement, och alltså kan ställas om mellan skruvdragning och provning. 10 15 20 25 30 532 855 Fler egenskaper och fördelar uppnås med kännetecken enligt underkraven, och framgår av nedanstående närmare beskrivning.The method of the invention for tightening threaded fasteners can be applied by means of a specific test tool, for example one similar to a standard manual torque wrench with long arm, which also has the capacity to derive T as a function of the angle of rotation å to dT / die. According to the invention, the test method can also be applied with a modified screwdriver equipped to carry out testing of threaded fasteners, and thus can be switched between screwdriving and testing. 10 15 20 25 30 532 855 More properties and advantages are achieved with features according to the subclaims, and will be apparent from the following detailed description.

KORTFATTAD RITNINGSBESKRIVNING Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare under hänvisning till utföringsformer och bifogade ritningsfigurer, av vilka figurerna la och lb ger olika vyer av ett verktyg för provning av gângade fåstelement enligt uppfinningen; figuren 2 är ett diagram som visar vridmomentet som funktion av vridningsvinkeln för ett gângat fàstelement som ska provas enligt uppfinningen; och figuren 3 är ett förenklat blockschema över förfarandet enligt uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail below with reference to embodiments and the accompanying drawing figures, of which Figures 1a and 1b give different views of a tool for testing threaded fasteners according to the invention; Figure 2 is a diagram showing the torque as a function of the angle of rotation of a threaded fastener to be tested according to the invention; and Figure 3 is a simplified block diagram of the method according to the invention.

NÅRMARE REDoGöRsLsE FÖR FÖREDRAGNA UTFöRINGsI-*ORMER Verktyget enligt figurerna la och lb har ett drivhuvud 2, innefattande vridorgan. Vrídorganet drivs av en motor och en transmission (ej avbildade) som ingår i huvuddelen av verktyget 1. Alternativt har verktyget 1 ingen motor eller transmission. I så fall drivs verktyget enbart med handkraft.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The tool according to Figures 1a and 1b has a drive head 2, comprising turning means. The rotating member is driven by a motor and a transmission (not shown) which is included in the main part of the tool 1. Alternatively, the tool 1 has no motor or transmission. In this case, the tool is operated only by hand.

Kopplat till huvudet 2 sitter en drivhylsa 3 som samverkar med huvudet på det gängade fästelement 4 som ska provas. Verktyget har vidare en handtagsdel 5 och ett handtag 6. Siffran 7 betecknar ett teckenfönster som kan visa uppmätt vridmoment, utförd vridning och andra parametrar enligt nedan. Figuren lb visar att de element 27 och 28 som ska fogas samman är åtskilda av ett visst glapp 29 i närheten av det gängade fâstelementet.Connected to the head 2 is a drive sleeve 3 which cooperates with the head of the threaded fastening element 4 to be tested. The tool further has a handle part 5 and a handle 6. The number 7 denotes a display which can show measured torque, performed rotation and other parameters as below. Figure 1b shows that the elements 27 and 28 to be joined together are separated by a certain play 29 in the vicinity of the threaded fastening element.

Verktyget har en processorenhet (CPU) samt kretsar och/eller mjukvara för mätning av parametrar, 10 15 20 25 30 ESE 859 bearbetning av uppmätta värden, lagring av viktiga värden på T och K för gängade fästelement och tillämpningar, en eller flera enheter för jämförelse av uppmätta värden med lagrade värden och signalgivare som avger signaler för att indikera resultatet av jämförelsen/erna i jâmförelseenheten/erna. Med siffran 20 betecknas en lampa (som kan vara grön) som indikerar godkännande, och med 21 betecknas en lampa (som kan vara röd) som indikerar underkännande.The tool has a processor unit (CPU) as well as circuits and / or software for measuring parameters, 10 15 20 25 30 ESE 859 processing of measured values, storage of important values of T and K for threaded fasteners and applications, one or more units for comparison of measured values with stored values and signal transmitters which emit signals to indicate the result of the comparison (s) in the comparison unit (s). The number 20 denotes a lamp (which may be green) indicating approval, and 21 denotes a lamp (which may be red) indicating disapproval.

Figuren 2 visar vridmomentet (T) som funktion av vridningsvinkeln (ö). För ett normalt gängat fåstelement har kurvan en i stort sett linjär del, som motsvarar att fàstelementet deformeras elastiskt. Detta år välkänt för faokmannen och kommer inte att behandlas närmare här.Figure 2 shows the torque (T) as a function of the angle of rotation (ö). For a normally threaded fastener, the curve has a substantially linear part, which corresponds to the fastener being elastically deformed. This year is well known to the faokman and will not be discussed further here.

Kurvan visar hur ett gängat fästelement vrids tills ett startvärde Tmæn uppnås för det applicerade vridmomentet, varefter det vrids ytterligare en vinkel, Am. Linjen 18 motsvarar ett värde KR på derivatan dT/de som är gräns för godkännande; ovanför denna linje godkänns det gängade fâstelementet, och under denna linje underkänns det gängade fâstelementet. Linjen 8 motsvarar ett godkänt gängat fästelement: dT/då har värdet Ka som är större än Kg. Linjen 8' motsvarar ett underkänt gängat fâstelement: dT/dö har värdet KNL som är mindre än Ks.The curve shows how a threaded fastener is rotated until a starting value Tmæn is reached for the applied torque, after which it is rotated another angle, Am. Line 18 corresponds to a value KR on the derivative dT / de which is the limit for approval; above this line the threaded fastener is approved, and below this line the threaded fastener is rejected. Line 8 corresponds to an approved threaded fastener: dT / then the value Ka is greater than Kg. Line 8 'corresponds to a failed threaded fastener: dT / die has the value KNL which is less than Ks.

Det kan påpekas att för ett gängat fàstelement som följer linjen 8' avspeglar ökningen av vridmomentet i första hand deformation under samtidig förflyttning av maskinelementen som ska fogas samman, och denna deformation är normalt påtagligt mindre än KR.It can be pointed out that for a threaded fastening element following the line 8 ', the increase of the torque primarily reflects deformation during simultaneous movement of the machine elements to be joined, and this deformation is normally significantly less than KR.

Enligt uppfinningen används provningsverktyget 1 enligt figurerna la och lb pä det aktuella gängade fästelementet, och dras tills ett startvärde Tﬂmﬁ uppnås för vridmomentet, exempelvis 60 Nm för ett gängat 10 15 20 25 30 532 359 fàstelement med en viss dimension, ett värde som ligger ovanför de delar av kurvan som motsvarar lågt och odefinierat vridmoment respektive derivata dT/dö.According to the invention, the test tool 1 according to Figures 1a and 1b is used on the current threaded fastener, and is pulled until a starting value T ﬂ m the parts of the curve that correspond to low and undefined torque and derivatives dT / die.

Därefter vrids det gàngade fästelementet ytterligare en vinkel Aw, se figuren 2, och det uppmätta eller beräknade värdet pà dT/då jämförs med ett lagrat värde Kg pà dT/ds. Det àtdragna gängade fâstelementet godkänns om det uppmätta eller beräknade värdet på dT/då är lika med eller större än KR. Som ett ytterligare villkor ingår företrädesvis också en kontroll av att vridmomentet T ligger under ett maximalt värde Tmm, som inte bör överskridas för att inte riskera att fästelementet tar skada. Värdet på AG är fastställt och bedöms som tillräckligt för att provningen av det gängade fästelementet ska bli tillförlitlig . värdena KR och Tüæå lagras enkelt i ett minne, som ingår i processorenheten i verktyget 1 enligt figurerna la och lb, och förloppet under provningen kan visas i teckenfönstret 7 som en kurva eller i sifferform. I en enklare variant kan verktyget 1 bara vara försett med indikatorlampor av LED-typ, exempelvis lamporna 20 och 21, som visar grönt eller rött beroende på om ett gängat fâstelement godkänns eller ej.Then the threaded fastener is turned another angle Aw, see figure 2, and the measured or calculated value of dT / is then compared with a stored value Kg of dT / ds. The tightened threaded fastening element is approved if the measured or calculated value of dT / then is equal to or greater than KR. As a further condition, a check is preferably also included that the torque T is below a maximum value Tmm, which should not be exceeded in order not to risk the fastening element being damaged. The value of AG is determined and is considered sufficient for the testing of the threaded fastener to be reliable. the values KR and Tüæå are easily stored in a memory, which is included in the processor unit in the tool 1 according to Figures 1a and 1b, and the process during the test can be shown in the display 7 as a curve or in numerical form. In a simpler variant, the tool 1 can only be provided with LED-type indicator lamps, for example the lamps 20 and 21, which show green or red depending on whether a threaded fastening element is approved or not.

Figuren 3 visar en händelseföljd enligt uppfinningen: ~ position 10 indikerar att hândelseföljden inleds; ~ position ll indikerar att verktyget startas och att dess drivhylsa appliceras på ett gängat fästelement som ska provas; - position 12 indikerar att verktyget vrids samtidigt som vridmomentet T mäts, under jämförelse med ett lagrat vridmomentvärde Tßæx, som motsvarar ett förinställt startmoment; när vridmomentet uppnått värdet Tüam gär sekvensen vidare i position 13; annars går 10 15 20 25 30 532 B59 sekvensen vidare i position 15, varvid en signal om underkänd avges, varefter händelseföljden avslutas i position 16; - i position 13 vrids det gängade fästelementet ytterligare en förutbestämd vinkel och dT/dt mäts eller «berâknas, varefter värdet pà dT/då jämförs med ett lagrat värde KR; om det uppmätta eller beräknade värdet på dT/dö inte uppnår Ks gär hândelseföljden vidare i position 15, en underkänd signal avges och följden avslutas i position 16. Om det uppmätta eller beräknade ,värdet på dT/då uppnår eller överstiger Ks gär händelseföljden vidare i position 14, en godkänd signal avges och följden avslutas i position 16.Figure 3 shows a sequence of events according to the invention: position 10 indicates that the sequence of events begins; ~ position ll indicates that the tool is started and that its drive sleeve is applied to a threaded fastener to be tested; position 12 indicates that the tool is turned at the same time as the torque T is measured, in comparison with a stored torque value Tßæx, which corresponds to a preset starting torque; when the torque has reached the value Tüam, the sequence proceeds to position 13; otherwise the sequence proceeds to position 15, whereby a signal if failed is output, after which the sequence of events ends at position 16; in position 13 the threaded fastening element is rotated a further predetermined angle and dT / dt is measured or «calculated, after which the value of dT / is then compared with a stored value KR; if the measured or calculated value of dT / die does not reach Ks gär sequence of events further in position 15, a failed signal is emitted and the sequence ends at position 16. If measured or calculated, the value of dT / then achieves or exceeds Ks gär sequence of events further in position 14, an approved signal is emitted and the sequence ends at position 16.

Det uppmätta eller beräknade värdet pä dT/dö kan lätt erhållas som derivatan av vridmomentet som funktion av vridningsvinkeln. Detta tillhör känd teknik för fackmannen.The measured or calculated value of dT / die can easily be obtained as the derivative of the torque as a function of the angle of rotation. This belongs to a technique known to those skilled in the art.

«I normalfallet väljs Tﬂan;och Ka utgående från provning av relevanta_gängade fästelement i relevanta tillämpningar. Tm3n,och Kg kan också beräknas utgående från erfarenhet och kända data för liknande gângade fästelement och liknande tillämpningar, Verktyget inbegriper följande funktionella enheter: en anordning för att utsätta det åtdragna gângade fâstelementet för en vridningsrörelse, under inverkan av en motor eller helt enkelt för hand; en anordning för mätning av vridmoment, på välkänt sätt för skruvdragare; ett minne, som företrädesvis utgör en del av eller är kopplat till processorenheten; en första och en andra jämförande enhet som jämför vridmomentvärden respektive värden pà derivatan dT/dö, lämpligen inbyggda i processorenheten; en anordning som härleder derivatan av vridmomentet, dT/dä och vridmomentet T som funktion av 10 15 532 859 vridningsvinkeln Q; en analysanordning som godkänner eller underkänner det àtdragna gängade fästelementet, företrädesvis i form av mjukvara som lämpligen kan ingà i processorenheten.«Normally, T ﬂ an; and Ka are selected based on testing of relevant_threaded fasteners in relevant applications. Tm3n, and Kg can also be calculated from experience and known data for similar threaded fasteners and similar applications. The tool includes the following functional units: a device for subjecting the tightened threaded fastener to a rotational movement, under the action of a motor or simply by hand ; a torque measuring device, in a manner well known for screwdrivers; a memory, which is preferably part of or connected to the processor unit; a first and a second comparative unit comparing torque values and values of the derivative dT / die, respectively, suitably built into the processor unit; a device which derives the derivative of the torque, dT / dä and the torque T as a function of the torque angle Q; an analysis device which approves or rejects the tightened threaded fastening element, preferably in the form of software which may suitably be included in the processor unit.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för bifogade patentkrav. Godkännande och/eller underkànnande av det gàngade fâstelementet kopplas företrädesvis till att verktyget avger en synlig eller hörbar signal, som indikerar resultatet av analysanordningens arbete.The invention may be modified within the scope of the appended claims. Approval and / or rejection of the threaded fastening element is preferably connected to the tool emitting a visible or audible signal, which indicates the result of the work of the analysis device.

Alternativt kan resultatet helt enkelt visas som siffror eller en kurva i verktygets teckenfönster.Alternatively, the result can simply be displayed as numbers or a curve in the tool's display.

Processorenheten kan placeras utanför själva verktyget och kommunicera med detta via kablar eller trådlöst.The processor unit can be placed outside the tool itself and communicate with it via cables or wirelessly.

Verktyget kan med fördel förses med ett andra minne, och/eller vara förberett för anslutning till ett centralt system med minne, där data om godkända och underkända gängade fâstelement kan lagras för dokumentationsàndamàl.The tool can advantageously be provided with a second memory, and / or be prepared for connection to a central system with memory, where data on approved and failed threaded fasteners can be stored for documentation purposes.

Claims

10 15 20 25 30 533 S59 Patent claims:

Method for testing threaded fasteners in order to check that a joint comprising an already tightened threaded fastener has been correctly tightened, characterized by - a stored starting value for the tightening torque (Tamm) is selected, where the starting value (Tuna) corresponds to a central region in the area for elastic deformation of the tightened threaded fastener. - that the tightened threaded fastening element is turned a predetermined angle (A®) after the starting value (Tman) has been reached; ~ that the torque (T) applied to the tightened threaded fastener is measured during said torque movement; - that the derivative (dT / die) of the torque, where (®) is the angle of rotation, is measured or calculated when the torque has reached the starting value (Tm3 ﬁ); ~ that the measured or calculated value of the derivative (dT / die) is compared with a stored value (Ks) of the derivative (dT / die), which is related to a value of the derivative (dT / die) in the area of elastic deformation of the tightened threaded fastener; and ~ that the tightened threaded fastener is approved if the following conditions are met: - the measured or calculated value of the derivative (dT / die) is equal to or greater than (KR).

Method according to claim 1, characterized in that the measured or calculated value of the derivative (dT / die) is compared with at least one stored value (Kg) of the derivative (dT / die), which is just below the value of the derivative (dT / die). die) in the area of elastic deformation of the tensioned threaded fastener.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the approval and / or rejection of the threaded fastening element is followed by the tool emitting a visible or audible signal, which indicates the result of the work of the analysis device.

Tool for testing threaded fasteners in order to check that a joint comprising an already tightened threaded fastener has been properly tightened, characterized by a first comparative unit comparing a stored starting value for the tightening torque (Tmmn), where the starting value (Tmam) corresponds to a central region in the area of elastic deformation of the tensioned threaded fastener, - a device which exposes the tensioned threaded fastener to rotational movement at a predetermined angle (Am) after the value (Tmam) has been reached; ~ a device that measures the torque (T); - a memory; a device for measuring or calculating the derivative (dT / dê) of the torque during said turning movement, where (Q) is the angle of rotation, after the torque (T) has reached the starting value (Tstart); - a second comparative unit comparing the measured or calculated value of the derivative (dT / die) with a stored value (Ks) of (dT / die), which is related to a value of the derivative (dT / die) in the range of elastic deformation of the tightened threaded fastener; and 15 - an analysis device for approving or rejecting the tightened threaded fastener, based on whether a certain condition has been met; wherein said analyzing device is designed to approve the tightening of the tightened threaded fastener if the following conditions are met: - the measured or calculated value of the derivative (dT / da) is equal to or greater than (KR) _

A tool according to claim 4, characterized in that it includes an indicator device which emits a visible or audible signal indicating the result of the analysis device's approval and / or rejection of the threaded fastener.

Tool according to claim 4 or 5, characterized in that it comprises a motor and a transmission device which subject the tightened threaded fastening element to a rotational movement.