(57)【要約】      （修正有）【課題】軸方向で作動するテンショニング装置により、高強度ねじ接続部を締め付けるとき、または再締付けするとき、個々のねじケースに関して具体的な記録を可能にし、これによりねじ締めプロセスの品質、および再現性を改善できるようにする。【解決手段】ナットが隙間なく支持されるようにナットを締め付け、テンショニング装置１１により、ねじ山付きボルトのねじ山付き端部１５に軸方向の張力を加えることによって、ねじ接続部を伸長し、回転駆動装置１７によりナットをさらに締め付け、このさらなる締付けの間に動いた回転角度を検出し、伸長に関連するねじ山付きボルトの延長を、動いた回転角度、およびねじ接続部のねじ山ジオメトリから計算し、ねじ山付きボルトにおける長手方向の力を、延長、ボルト直径、およびボルト長さから計算し、計算した長手方向の力を、ねじ接続部を識別する識別子と共にドキュメンテーションモジュール２４内に格納する。【選択図】図２
2020121402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に作動するテンショニング装置（１１）と、ナット（３）のための回転駆動装置（１７）と、ドキュメンテーションモジュール（２４）を備えたプロセス制御ユニット（２３）とを使用する、ねじ山付きボルト（２）と、前記ねじ山付きボルトにねじ込まれ基板（５Ａ）に対して支持される前記ナット（３）とから成るねじ接続部（１）の記録される締付けまたは再締付けのための方法において、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ）前記ナットが前記基板（５Ａ）に対して隙間なく支持されるように、少なくとも必要な締付けモーメントで、前記回転駆動装置（１７）によって前記ナット（３）を締め付け、
ｂ）前記テンショニング装置（１１）を作動させることにより、前記ナット（３）を越えて突出する前記ねじ山付きボルト（２）のねじ山付き端部（１５）に軸方向の張力を加えることによって、前記ねじ接続部（１）を伸長し、
ｃ）前記伸長を維持しながら、前記回転駆動装置（１７）により前記ナット（３）をさらに締め付け、これと同時に、前記さらなる締付けの間に動いた回転角度を、回転角度センサによって検出し、
ｄ）前記伸長に関連する前記ねじ山付きボルト（２）の延長を、
−前記動いた回転角度、および
−前記ねじ接続部（１）のねじ山ジオメトリ、
から計算し、
ｅ）前記ねじ山付きボルト（２）における長手方向の力（Ｆ）を、
−前記延長、
−ボルト直径、および
−ボルト長さ、
から計算し、
ｆ）計算した前記長手方向の力（Ｆ）を、前記ねじ接続部（１）を識別する識別子と共に、前記ドキュメンテーションモジュール（２４）内に格納する、
ステップを有する、方法。
【請求項２】
前記ねじ接続部に存在している識別子（７）、好適にはバーコード識別子をスキャンすることにより、前記ねじ接続部（１）を識別する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ナット（３）の締付けの際に、および前記ナット（３）のさらなる締付けの際に使用されたトルクを、トルクセンサによって検出し、対応するトルク値を、前記ドキュメンテーションモジュール（２４）内に格納する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ナット（３）の前記締付け、および前記さらなる締付けを、同じ締付けモーメントで、好適には、前記回転駆動装置（１７）上に位置していてよい手持ち式工具（１０）によって力を加えることにより行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ねじ接続部（１）の前記識別後に、前記テンショニング装置（１１）が作動される前に、データベースに格納された締付け力および／または締付け圧を、前記プロセス制御ユニット（２３）によって使用者に通信する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記ねじ接続部（１）の前記識別後に、データベースに格納された締付け力および／または締付け圧が、前記プロセス制御ユニット（２３）によって自動的に選択され、前記テンショニング装置（１１）に接続された油圧ポンプは自動的にこの圧力にもたらされる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記ねじ接続部（１）の前記識別後に、データベースに格納された締付け力および／または締付け圧が、前記プロセス制御ユニット（２３）によって選択され、前記選択された値を使用することにより、前記テンショニング装置（１１）は前記プロセス制御ユニット（２３）によって自動的に作動される、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
シリンダハウジング（１８）と、前記シリンダハウジング内に配置された交換可能なブシュ（１２）であって、前記ねじ山付きボルト（２）に面した端部に雌ねじ山（１３）を備え、前記ねじ山付きボルト（２）にねじ込むことができる交換可能なブシュ（１２）と、前記シリンダハウジング（１８）内で軸方向可動であって、油圧（Ｐ）をかけることができる少なくとも１つのピストン（２５）であって、前記ピストンによって前記交換可能なブシュ（１２）が軸方向で連行されるピストン（２５）と、を有しているテンショニング装置（１１）を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記シリンダハウジング（１８）上にモジュールとして外部で位置することができる回転駆動装置（１７）を使用する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記回転角度の検出を、前記モジュール内に前記回転角度センサを配置することにより実施する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記回転角度の検出を、前記回転駆動装置（１７）上に位置してよいトルクレンチ（１０）に前記回転角度センサを配置することにより実施する、請求項８または９記載の方法。
【請求項１２】
前記締付けモーメントの検出を、前記モジュールにおける前記ナット（３）の締付けおよびさらなる締付けと共に実施する、請求項８または９記載の方法。
【請求項１３】
前記締付けモーメントの検出を、前記回転駆動装置（１７）上に位置していてよいトルクレンチ（１０）における前記ナット（３）の締付けおよびさらなる締付けと共に実施する、請求項８または９記載の方法。
【請求項１４】
前記モジュールと前記プロセス制御ユニット（２３）との間の信号送信を、有線または無線で実施する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１５】
信号送信を、前記トルクレンチ（１０）と前記プロセス制御ユニット（２３）との間で有線または無線で実施する、請求項１１または１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に作動するテンショニング装置と、ナットのための回転駆動装置と、ドキュメンテーションモジュールを備えたプロセス制御ユニットとを使用する、ねじ山付きボルトと、ねじ山付きボルトにねじ込まれ基板に対して支持されるナットとから成るねじ接続部の記録される締付けまたは再締付けのための方法に関する。
【０００２】
油圧操作されて軸方向に作動するねじテンショニングシリンダは、独国特許出願公開第１０１４５８４７号明細書、国際公開第２００８／０９２７６８号、国際公開第２０１０／０５４９５９号、または独国特許出願公開第１０２０１５１０４１３３号明細書に開示されている。ねじ山付きボルトと、このボルト上にねじこまれ基板に対して支持されるナットとから成るねじ接続部のテンショニングまたは再テンショニングのためには、最初に、テンショニングシリンダの交換可能なブシュが、ナットを越えて突出するねじ山付きボルトの自由端部にねじ込まれる。この目的のために、交換可能なブシュには、対応する雌ねじ山が設けられている。交換可能なブシュは、油圧シリンダハウジング内側に配置されていて、少なくとも１つのピストンによって取り囲まれている。油圧ピストンシリンダユニットの一部としてのピストンは、交換可能なブシュを軸方向で連行することができ、これによりねじ山付きボルトは一時的に軸方向で伸長される。ボルトが伸長されている間、シリンダハウジング上に外部で配置されている回転駆動装置によってナットは再締め付けされる、すなわち回される。
【０００３】
回転駆動装置は、独国特許出願公開第１０１４５８４７号明細書によるねじテンショニングシリンダにおいて、ギア付き電気モータとして構成されており、回転駆動装置の回転角度を検出する回転角度センサを有している。さらに、計算装置が存在しており、前記計算装置は、ねじ山付きボルトの既知のねじ山ピッチと組み合わせて、検出された回転角度から、ボルトの伸長、および結果として生じるねじ山付きボルトの予張力を計算し、これを使用者に示す。
【０００４】
一般的に、ねじテンショニングプロセスで使用される操作パラメータおよびねじケースに関連する一般的なデータは、体系的に検出されず、記録されていない。そのようなデータは、例えば、ブランド、ねじ山付きボルトまたはナットの形式またはモデル、およびボルトおよび／またはナットの締付け値およびトルク値に関するものであってよい。しばしば、ねじテンショニング装置は、このようなデータを検出し、記録するための適切なデバイスを有していない。しかしながら記録は、恒久的な制御チェックが必須であり、安全上の理由から、十分に強いねじ接続を証明しなければならないねじ接続部においては、特に重要である。これは例えば、化学的または原子力的危険物を含む反応器または貯蔵容器の場合である。
【０００５】
さらに、テンショニング装置の使用者が、張力をかけられるべきボルトのために、必要なまたは理想的な油圧、および締付け圧および／またはこれに関連する締付け力の範囲を知らないならば、問題であろう。値は、ボルトの形式、ブランド、またはサイズに応じて変動する場合がある。この結果、ボルトが締め付けられた後、小さすぎるまたは大きすぎる長手方向の力が存在することになるかもしれない。ボルトが理想的な締付け力で締め付けられておらず、結果として、ねじ山付きボルトにおける長手方向の力が、最適な力と対応していない場合、作動安全性に影響を与えるこれらの要因に加えて、締付けまたは再締付けプロセスの品質および精度も低下するかもしれない。さらなる欠点は、ナットを回すときに、不適切なトルクが使用されることである。
【０００６】
ねじ接続部に存在する個々の識別子、好適にはバーコード識別子をスキャンすることにより、ねじ接続部の明確な識別を提供することが知られている。したがって検出された識別子はデータとして、ドキュメンテーションモジュールに格納される。テンショニング装置によって、ねじ山付きボルトのねじ山付き端部を軸方向に引っ張ることによりねじ接続部を伸長させ、これと同時に適用された締付け力および／または油圧締付け圧も、ドキュメンテーションモジュールに格納される。伸長中は、例えば、手動のトルクレンチを使用してナットが回される。
【０００７】
本発明の課題は、軸方向で作動するテンショニング装置により、高強度ねじ接続部を締め付けるとき、または再締付けするとき、個々のねじケースに関して具体的な記録を可能にし、これによりねじ締めプロセスの品質、および再現性を改善できるようにすることである。
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法を提案することにより達成される。この方法は、以下のステップを有する：
ａ）ナットが基板に対して隙間なく支持されるように、少なくとも必要な締付けモーメントで、回転駆動装置によってナットを締め付け、
ｂ）テンショニング装置を作動させることにより、ナットを越えて突出するねじ山付きボルトのねじ山付き端部に軸方向の張力を加えることによって、ねじ接続部を伸長し、
ｃ）伸長を維持しながら、回転駆動装置によりナットをさらに締め付け、これと同時に、このさらなる締付けの間に動いた回転角度を、回転角度センサによって検出し、
ｄ）伸長に関連するねじ山付きボルトの延長を、
−動いた回転角度、および
−ねじ接続部のねじ山ジオメトリ、
から計算し、
ｅ）ねじ山付きボルトにおける長手方向の力Ｆを、
−延長、
−ボルト直径、および
−ボルト長さ、
から計算し、
ｆ）計算した長手方向の力を、ねじ接続部を識別する識別子と共に、ドキュメンテーションモジュール内に格納する。
【０００９】
この方法を使用することにより、個々のねじのケースに関する重要な特性データが記録され、これにより、得られたねじ接続部の品質を、遡及的にも、チェックし続けることができる。さらなる付加的なデータは、一般的な性質のものであってもよく、例えば、ねじ接続部の製造業者のマーク、型、シリアル番号、タイプ、モデル、またはさらなる物理的および技術的特性を含む。
【００１０】
特に重要なパラメータは、締付けまたは再締付け後に長手方向に変形したねじ山付きボルトのねじ接続部に存在する長手方向の力であり、これは、ボルトにおける引張ひずみを表す。長手方向の力は、好適には油圧により実施されるテンショニングプロセス中にねじ山付きボルトが受ける延長、したがって伸長に依存する。
【００１１】
したがって、第１の計算ステップでは、伸長に関連するねじ山付きボルトの延長が、
−ナットの回転中に動いた回転角度、
−およびねじ接続部のねじ山ジオメトリ、
から計算される。
【００１２】
この場合、動いた回転角度は、必ずしもナット自体の回転角度でなくてもよく、ナットの回転角度に連動する異なる回転角度であってもよい。例えば、回転駆動装置の歯車エレメントが、回転角度センサによって検出されてもよく、または回転角度センサは、ナットの締付けのために使用される手持ち式工具の構成部分であるか、回転角度センサは、テンショニング装置のシリンダハウジングに構造的に組み込まれている。
【００１３】
計算パラメータとして第１の計算ステップで使用されるねじ接続部のねじ山ジオメトリは、ねじ山付きボルトおよびナットのねじ山のねじ山ピッチである。したがって、長手方向の寸法を、回転角度とねじ山ピッチという２つのジオメトリ値から、すなわちこの場合、ねじ山付きボルトの軸方向のテンショニング、すなわち延長により得られたねじ山付きボルトの伸長に関連する値から直接計算することができる。
【００１４】
第２の計算ステップでは、ねじ山付きボルトにおいて張力方向で作用する長手方向の力が計算され、すなわち、
−第１の計算ステップで決定されたねじ山付きボルトの延長、
−ねじ山付きボルトのボルト直径、
−およびボルト長さ、
から計算される。
【００１５】
この場合、この計算のために使用されるボルト長さは、幅広のボルトヘッドを含むねじ山付きボルトの絶対長ではない。その代わりに、関連する、ねじ山付きボルトが著しく変形した分の長さが使用される。ねじ山付きボルトのねじ山付き部分の一部と、存在しているのであればねじ山付きボルトのねじ山のないシャンク部分とが、この点に関連する長さを成す。この場合、第２の計算ステップで使用される関連するボルト長さは、ねじ山付き部分の長さ、および付加的に、ボルトヘッドと、同じく実質的に堅固に保持されるナットとの間に延在するシャンク部分の長さである。したがって延長は、テンショニングプロセス中、ボルトのこの長手方向部分で実施される。
【００１６】
ねじ山付きボルトにおける長手方向の力の正確な値を計算できるかどうかは、ナットを再締付けするときの精度および再現可能性に依存する。したがって、ナットを締め付ける際に、主として接触面の非平坦性に基づき、沈降プロセスが生じる場合がある。
【００１７】
このような理由から、マルチステップアプローチがとられる。上述した方法ステップａ）では、ナットは、好適にはテンショニング装置が作動している間に、準備ステップで、例えば５０ｂａｒの油圧の低い圧力で、沈降プロセスが実質的に排除され、その結果ナットが実質的に隙間なく基板に対して支持されるような締付けモーメントで、回転駆動装置によって締め付けられる。
【００１８】
ナットと基板とが実質的に隙間なく接触された後でのみ、ステップｂ）で、例えば１５００ｂａｒの実際の油圧システム圧でテンショニング装置が作動され、したがって、ねじ山付きボルトのねじ山付き端部に軸方向の張力を加えることによりねじ接続部の伸長が行われることが保証される。軸方向の張力を維持することにより、ステップｃ）で、回転駆動装置によるナットのさらなる再締付けおよび／または回転が実施され、かつこのさらなる再締付けの間に動く回転角度の、回転角度センサによる検出が実施される。
【００１９】
好適には、使用者による不正確な動作の危険を可能な限り低く維持するために、ステップｃ）によれば、ナットのさらなる再締付けのために、ステップａ）によるナットのもともとの再締付けにおけるのと同じ締付けモーメントを使用する。したがって、トルクレンチのさらなる設定は必要ない。
【００２０】
方法ステップａ）からｃ）による測定に基づき、計算ステップｄ）およびｅ）が行われる。この場合、第１の計算ステップでは、伸長に関連する、ねじ山付きボルトの延長が、
−ナットのさらなる再締付けの間に動いた回転角度、
−およびねじ接続部のねじ山ジオメトリ、
から計算される。
【００２１】
これに基づき、第２の計算ステップでは、ねじ山付きボルトにおける長手方向の力が、
−延長、
−ボルト直径、
−および関連するボルト長さ、
から計算される。
【００２２】
最後に、方法ステップｆ）によれば、ねじ山付きボルトにおける、このように計算された長手方向の力が、ねじ接続部を識別する識別子と共に、ドキュメンテーションモジュール内にデータセットとして格納される。
【００２３】
個々のねじ接続部は、スキャンにより識別され、識別結果はドキュメンテーションモジュール内に格納される。ドキュメンテーションモジュールでは、識別されたねじ接続部に付加的に、日付、時間、プロジェクト番号、またはその他のデータを割り当てることができる。このデータも、共通のデータセット内に格納されていて、したがっていつでもチェックすることができる。
【００２４】
データは、好適には、サーバ、外部コンピュータユニット、またはデータクラウドに保存される共通ファイルに格納される。ナットの再締付けのときに適用される締付け力および／または使用される油圧締付け圧、および実際に適用されたトルクについても同じことが当てはまる。データは、ドキュメンテーションモジュール内に、共通のデータセットとして格納される。この記録は、個々の各ねじ接続部の品質およびステータスのチェックを可能にし、いつでもチェックすることができ、遡及的にも、すなわち証拠のためにチェックすることもできる。
【００２５】
方法の好適な実施形態によれば、ナットの再締付けのときに回転駆動装置によって実際に適用されたトルクも、測定技術により検出され、測定された値は、ドキュメンテーションモジュール内に記録される。トルクの検出のために、例えば、回転駆動装置内に配置されたトルクセンサが使用される。選択的に、トルクは、測定技術により、使用される手持ち式工具で、例えば手動式のトルクレンチで検出される。
【００２６】
方法の１つの実施形態によれば、ねじ接続部の識別後に、使用者がテンショニング装置を作動させる前に、データベースに格納された締付け力および／または締付け圧が、プロセス制御ユニットによって使用者に提案される。この目的で、プロセス制御ユニットは電子データベースにアクセスすることができる。それぞれ識別されたねじ接続部の形式のための締付け力および／または油圧締付け圧のために最適なかつ／または推奨される値および／または値範囲が、このデータベースに格納されている。
【００２７】
しかしながら使用者が、個人的な経験から、異なる締付け力および／または異なる締付け圧の方が好ましいとするならば、使用者は、プロセス制御ユニットのパラメータ提案を受け入れない。使用者は手動で値を入力し、テンショニング装置を作動させる。このことも、ドキュメンテーションモジュールに記録される。
【００２８】
さらなる実施形態によれば、ねじ接続部の識別後に、この特別な形式のねじ接続部のために最適なものとしてデータベースに格納された締付け力および／または締付け圧が、プロセス制御ユニットによって選択され、ねじテンショニングシリンダの油圧ポンプが自動的に、すなわち独立的に、この圧力にもたらされる。したがって、対応する供給ラインおよび放出ラインを介してねじテンショニングシリンダのピストンチャンバに接続された油圧ポンプは、プロセス制御ユニットによって作動されて、信号技術により特定のポンプ圧へともたらされる。
【００２９】
この方法の実施のために、油圧駆動されるテンショニング装置が使用される。このテンショニング装置は、油圧シリンダとして構成されたシリンダハウジングと、シリンダハウジング内に配置される交換可能なブシュであって、ねじ山付きボルトに面した端部に雌ねじ山を備え、ねじ山付きボルトにねじ込むことができる交換可能なブシュと、シリンダハウジング内で軸方向可動であって、油圧供給源に接続することができる少なくとも１つのピストンであって、交換可能なブシュがこのピストンの中央を通っていて、結果として交換可能なブシュが軸方向で連行され得るピストンとを有している。
【００３０】
シリンダハウジング、またはこのシリンダハウジングに堅固に接続された構成部分は、例えば、ナットも支持される機械エレメントのような基板に支持される。記載した方法は、油圧テンショニング装置を使用する場合に最も有利である。したがって、ねじ山付きボルトの油圧による伸長の結果、ねじ山付きボルト内には大きな長手方向の力が生じる。したがって、この長手方向の力の決定および記録は、締付けプロセスの品質の評価にとって、遡及的にも特に重要である。極めて高い締付け力および／または締付け圧に伴い、過剰な張力ひずみのもとでは、ねじ山付きボルトの跳ね上がり、または飛び出しの危険が常にある。したがって、使用者による解放を伴うまたは伴わない、識別されたねじ接続部のために適切かつ／または最適な締付け力および／または締付け圧の正しい選択は、有利である。
【００３１】
テンショニングプロセスを準備する際には、いずれの場合でもナットを回すために使用される手持ち式工具によってねじ山付きボルトに、交換可能なブシュをねじ込むことができる。一方では交換可能なブシュのボルトへのねじ込み、他方ではナットの回転が、この場合、同じ１つの手持ち式工具、例えばラチェット機構を備えたトルクレンチによって行われる。
【００３２】
ねじ接続部の識別子は、センサによって、特にバーコードスキャナによってスキャンされる。この場合、スキャナは光学センサであってよい。このセンサは、ねじテンショニングシリンダに組み込まれた構成要素、使用される手持ち式工具の構成要素、または別個装置であってよい。
【００３３】
センサおよび／またはバーコードスキャナは、特に、ねじテンショニングシリンダの外部にまたは内部に配置されていてよい。
【００３４】
しかしながら、手持ち式工具にセンサを配置することは、スキャナの柔軟性および取扱い性に関して利点を有することができる。したがって、手持ち式工具はコンパクトであり、重たいテンショニング装置よりも軽量である。
【００３５】
モバイルコンピュータ、対応するようにプログラムされたタブレットコンピュータ、またはスマートフォンは、プロセス制御ユニットとして機能する。制御ユニットがディスプレイユニットと入力ユニットとを有していることが重要である。ディスプレイユニットと入力ユニットとは例えば、共にタッチパネルに組み込まれてもよい。識別子を識別するためのセンサは、信号技術によってプロセス制御ユニットに接続されている。
【００３６】
テンショニング装置および／または手持ち式工具には、信号技術によりプロセス制御ユニットに接続された送受信ユニットを設けることができ、その結果として、プロセス制御ユニットとのデータ交換が可能である。この場合、プロセス制御ユニットも送受信ユニットを有している。
【００３７】
送受信ユニットは、信号接続により、無線式に、または有線式に共に接続されていてよい。そのためには例えば、ＷＬＡＮ、ｒａｄｉｏ、またはＵＭＴＳが適している。実際には、現代の任意の形式の無線信号伝送が適している場合もある。
【００３８】
有利には、プロセス制御ユニットおよび識別子を記録するセンサのための共通のアプリケーションプログラムが存在し、前述のアプリケーションプログラムは、例えば、コンピュータユニットにインストールされている。
【００３９】
ナットの回転は、好適にはテンショニング装置の外部に配置された回転駆動装置によって実施される。回転角度センサは、回転駆動装置の構成要素であってよい。回転角度センサは、締付け中および／または回転中に動いた回転角度を検出する。
【００４０】
選択的に、回転角度センサは、手持ち式工具、すなわちトルクレンチに配置されてよい。このような配置は、手持ち式工具が、対応する回転機構を備えたラチェットとして構成されている場合に主に考慮される。
【００４１】
検出された角度値は、例えばドキュメンテーションモジュールに格納されてよい。このために、回転角度センサは、例えばアプリケーションプログラムを介して信号技術によりプロセス制御ユニットに接続されており、これにより、検出された回転角度値は、プロセス制御ユニットによるコンピュータ技術による評価のために利用可能である。このような評価の間、ねじ山付きボルトの得られた伸長、したがって延長が、ねじ接続部の既知のねじ山ジオメトリに関連して、すなわちねじ山付きボルトにおけるおよびナットにおけるねじ山ピッチに関連して、ナットの回転中に動いた回転角度値から計算されてよい。このように計算された延長の値は、ドキュメンテーションモジュール内に格納されてよく、したがって恒久的に記録される。
【００４２】
ねじ山付きボルトの延長に対応する回転角度が動かされ、次いでナットが隙間なく支持されるまで、予め規定されたトルクで回転されたならば、ねじ山付きボルトが正しい力で伸長され、ねじ山付きボルト内に存在する張力および／または長手方向の力が、各ボルト形式のために特定の最適値を有していて、かつ少なくとも対応する値の範囲にあることが保証される。
【００４３】
ねじ山付きボルトにおける張力および／または長手方向の力は、以前に計算されたねじ山付きボルトの延長、ボルト横断面、この場合特に、ボルトの直径、および伸長により検出されたボルト長さから、コンピュータによって決定される。
【００４４】
ドキュメンテーションモジュールは、メモリおよび／またはデータベースを有している。識別および締付けおよび回転プロセスのデータは、データベースに格納されて、後から呼び出すことができ、特に、適用された締付け力および／または締付け圧、実際に適用された手動トルク、およびテンショニングプロセスによりねじ山付きボルト内に存在している張力、すなわち長手方向の力はデータベースに格納されて、後から呼び出すことができる。
【００４５】
方法のさらなる詳細および利点は、以下の、図示した実施態様の説明により開示される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】２つの機械部品に張力をかけている、ナットを備えたねじ山付きボルトを示す図である。
【図２】ねじ山付きボルトに整列して置かれた上側の機械部品上に支持された、油圧操作されるねじ山付きボルトテンショニング装置の第１の実施形態を示す斜視図である。ねじ山付きボルトの自由端部上に交換可能なブシュをねじ込んでるときの手持ち式工具も示されている。
【図３】図２と同じテンショニング装置を軸方向テンショニングプロセス中の状態で示す図である。
【図４】手持ち式工具を使用して行うナットの再締付け中の、図２および図３と同じテンショニング装置を示す図である。
【図５】配置された手持ち式工具を含む油圧操作されるねじ山付きボルトテンショニング装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図６】手持ち式工具なしで同じねじ山付きボルトテンショニング装置を示す図である。
【図７】図５に示した装置を分解して示す斜視図である。
【００４７】
図１に示したねじ接続部１は、幅広のボルトヘッド２Ａとシャンクとねじ山付き部分とから成るねじ山付きボルト２と、ねじ山付き部分上にねじ込まれるナット３とを備える。この場合、ねじ接続部１は、２つの機械部品５，６に互いに張力をかけている。ねじ山付きボルト２とナット３に付加的に、別の構造的エレメントも、ねじ接続部１の構成部分であってよく、例えば、ナット３から離れて、張力をかけられるべき機械部品６の側に、別のナットがあってもよい。付加的にはワッシャも、ねじ接続部１の構成部品であってよい。
【００４８】
識別子７は、ねじ山付きボルト２上に永続的に配置されている。図１では、識別子は例として、ねじ山付きボルト２の前面８および／またはねじ山付きボルト端部に配置されたバーコード７により示されている。バーコード７は最初に、センサによりスキャンされる。この場合、実際の締付けまたは再締付けの前に、バーコード７が検出される。したがって、スキャンにより得られた情報は、ねじ接続部１の正確な形式の識別の基礎を成し、したがって、テンショニングプロセスのための重要なねじ接続部データを決定するための前提条件を成す。
【００４９】
センサおよび／またはスキャナは、例えば、設定可能なトルク解放値を備えたトルクレンチとして構成された手持ち式工具１０（図２）上に配置されてもよい。以下で説明するように、この手持ち式工具１０は、いずれにせよ、本方法の範囲内で必要とされる。選択的に、センサおよび／またはスキャナは、例えばタブレットコンピュータであるモバイルコンピュータユニットの一部、スマートフォンの一部、または関連するモバイルコンピュータユニットの一部であってもよい。例えば、センサはカメラであってもよい。識別子７のスキャン専用の別個のスキャンモジュールを使用することもできる。テンショニング装置１１内にまたはテンショニング装置１１の上に直接センサおよび／またはスキャナが配置されていてもよく、これについてはより詳しく後述する。この場合、テンショニング装置１１が、張力をかけられるべきボルト２上に配置されると、バーコード７は、同時にスキャンされる。
【００５０】
テンショニング装置１１によって、ねじ接続部１は、ねじ山付きボルト２のねじ山付き自由端部１５に加えられる軸方向の張力のみによって伸長される。この伸長プロセスのために、プロセス制御ユニット２３によって、例えば、データベースに格納された対応する値を有するデータシートを呼び出すことにより、ねじ接続部１の識別された各形式のために、実際の方法パラメータを使用者に提案することができる。使用者は、このように提案されたパラメータを確認または拒否することができる。
【００５１】
しかしながら、テンショニング装置１１の油圧ポンプ２２の圧力設定が、プロセス制御ユニット２３によって自動的に実施され、続いて、テンショニング装置の自動的な作動が行われる、自動化された方法が好適である。
【００５２】
油圧操作されるテンショニング装置を単に軸方向で操作することにより、ねじ接続部は締め付けられるかつ／または再締付けされる。このことは図２〜図４に示されている。
【００５３】
テンショニング装置１１が作動されると、ねじ接続部１のねじ山付きボルト２は、ナット３を越えて突出するねじ山付きボルト２のねじ山付き端部に加えられる軸方向の張力により、そのシャンクおよびねじ山付き部分で伸長する。この場合に適用される締付け力および／または油圧システムによって適用される締付け圧は好適には、それが使用者によって手動で設定された締付け力であるか、またはプロセス制御ユニット２３によって自動的に設定され、データベース内の値から導き出された締付け力および／または締付け圧であるかに関わらず、ドキュメンテーションモジュール２４内に自動的に格納される。
【００５４】
テンショニング装置１１が特定の時間作動されるとき、予め規定された予張力がねじ山付きボルト２にボルト長手方向で加えられている間、ねじ接続部１のナット３は締め付けられてよい、かつ／または再締付けされてよい。これは、解放機能およびラチェット機構を備えたトルクレンチとして構成されている手持ち式工具１０によって実施される。ナット３を回すときに実際に適用される締付けトルクは、好適にはプロセス制御ユニット２３の構成要素であるドキュメンテーションモジュール２４内に格納される。
【００５５】
テンショニング装置１１の中央に長手方向可動に配置された交換可能なブシュ１２には、その下方端部に雌ねじ山１３が設けられている。テンショニングプロセスが始まる前に、交換可能なブシュ１２の雌ねじ山１３は、ナット３を越えて突出しているねじ山付きボルト２のねじ山付き端部部分１５にねじ込まれる。このねじ込みプロセスは好適には、手持ち式工具１０を使用して実施される。実際のテンショニングプロセスの間、このようにねじ山付きボルト２にねじ込まれた交換可能なブシュ１２は、油圧により軸方向の張力下に置かれ、これによりねじ山付きボルト２は、長手方向で延長される。この場合、値Ｆの張力および／または長手方向の力が、ねじ山付きボルト内に存在する。
【００５６】
ボルト２の一時的な伸長により、ナット３の下面が基板５Ａから解放されるので、比較的小さい回転抵抗で、ナット３は回転することができ、基板５Ａに再び隙間なく支持されるまで、再締付けすることができ、かつ／または回すことができる。これは、トルクレンチ１０における対応する設定によって予め決定されたトルクおよび／または締付けモーメントによって実施される。
【００５７】
ナット３の周りに配置され、このナットを積極的に連行する回転スリーブ１６は、回転駆動装置１７によって駆動される。回転駆動装置１７は、テンショニング装置１１自体の構成要素であるか、または図示したように、テンショニング装置１１のシリンダハウジング１８に外側から配置されたモジュール３０内に位置している。
【００５８】
油圧テンショニング機構は、耐圧シリンダハウジング１８によって収容されている。シリンダハウジング１８の下方への剛性的な突出部は、ナット３を取り囲む支持管１９を形成する。支持管１９は、シリンダハウジング１８と一体であってよく、または選択的にはシリンダハウジング１８とは別個の構成要素であってよく、例えばシリンダハウジング上に配置することができる。支持管１９は、その下面で開放されていて、例えば機械部品５の上面である堅固な基板５Ａ上に支持されており、この基板５Ａは、テンショニングプロセス中に支持台を成す。本明細書で説明する方法では、支持台５Ａは、ナット３の下面が支持される機械部品５である。
【００５９】
回転駆動装置１７を形成するモジュールの構成要素は、支持管１９における開口を介して回転スリーブ１６に作用する歯車装置である。回転駆動装置１７および／またはその歯車装置は、したがって、回転スリーブ１６と共に、ナット３を回すための装置を成す。
【００６０】
回転に必要なトルクは、回転駆動装置１７に配置され、ラチェットレンチとして構成されてよい手持ち式工具１０を前後に動かすことによって加えられ、この動きは、設定されたトルクに到達し、トルクリミッタが解放されるか、またはトルク信号が発せられるまで行われる。勿論、テンショニング装置１１が作動しているならば、ナット３は適切に単に回転されてよい。
【００６１】
シリンダハウジング１８の側面に油圧接続部２０が配置されており、この油圧接続部を介してテンショニング装置１１の油圧作動室２１が、油圧ポンプ２２の形態の外部の油圧供給源に、バルブ制御されて接続されている。外部の油圧供給源は油圧ポンプ２２と共に、例えばトロリー上に配置されてよい。
【００６２】
ピストン２５は、油圧シリンダ内に、長手方向で移動可能に配置されており、前記ピストンは、シリンダの内壁に向かってシールされている。シリンダの油圧作動室２１内に油圧を供給することにより、ピストン２５は上昇する。これは、例えばピストン２５に上方から作用する強力ばねの力に抗して行われる。この強力ばねは、ピストン戻しばねとして機能し、油圧作動室２１が最低レベルにあるピストンの基準位置にピストン２５を維持するための力を直接ピストン２５に加える。
【００６３】
ピストン２５は、交換可能なブシュ１２を環状に取り囲む。ピストンにはその内縁に、基板から離れて、連行面を形成する周方向段部２７が設けられている。この段部に向かって、交換可能なブシュ１２が、半径方向に広げられた部分２８で支持される。このようにして、交換可能なブシュ１２を、ピストン２５によって軸方向で連行することができる。
【００６４】
交換可能なブシュ１２には、そのボルト側の端部に、ねじ山付きボルト２にねじ込むための雌ねじ山１３が設けられている。交換可能なブシュ１２の上端部にはソケット３０が設けられており、このソケットには、テンショニングプロセスの準備中に、交換可能なブシュ１２を回転させると同時に、交換可能なブシュ１２をねじ山付きボルト２にねじ込むために、手持ち式工具１０の多角形構造体を配置することができる。
【００６５】
図３によれば、油圧ポンプ２２が圧力Ｐの油圧流体を作動室２１内に圧送すると、ピストン２５は上昇し、連行面２７上に支持された交換可能なブシュ１２を軸方向で連行する。この結果、ねじ山付きボルト２は伸長されて、ナット３の下面と基板５Ａとの間に空間および／または隙間ΔＬが形成される。
【００６６】
油圧ポンプ２２によって供給される圧力Ｐは、プロセス制御ユニット２３によって自動的に設定され、すなわち、スキャンにより識別されたねじ接続部１の形式に基づき、およびこのモデルのために予め規定された圧力値または力の値に基づき設定される。選択的に、この値は、使用者によって手動で設定することができる。
【００６７】
ナット３の再締付け、すなわち回転は、テンショニング装置１１の外部にモジュール３０の形態で配置された回転駆動装置１７で、予め規定された解放値に設定されたトルクレンチ１０を使用して行われる。このトルクレンチは、モジュール３０および／または回転駆動装置１７の多角形駆動機構２９に配置される。
【００６８】
回転駆動装置１７の歯車エレメントの少なくとも１つまたは選択的にトルクレンチ１０には、回転角度センサが設けられている。これにより、トルクレンチ１０の解放までナット３を締め付ける過程で動いた合計の回転角度が検出される。検出される回転角度は、ナット３自体の回転角度であってよく、または回転駆動装置の回転歯車エレメントの１つが動いた、またはトルクレンチ１０が動いた別の特徴的な回転角度であってよい。
【００６９】
このように検出された角度値は、さらに評価する目的でまずは格納され、そのために回転角度センサは、信号技術によってプロセス制御ユニット２３に接続されており、これにより、検出された回転角度値は、さらなる処理および評価のためにプロセス制御ユニット２３において利用可能である。
【００７０】
このような評価の間、残留伸長と、したがってねじ山付きボルト２の延長とが、ねじ山付きボルト２とナット３の公知のねじ山ピッチに関連して、ナット３の回転中に動いた回転角度値から計算される。延長のこのような値は、ドキュメンテーションモジュール２４内に格納されてよく、したがって恒久的に記録される。
【００７１】
ねじ山付きボルト２の延長に対応して、予め規定された回転角度が動かされ、次いでナット３が隙間なく基板５Ａに支持されるまで、予め規定されたトルクにより回転されると、ねじ山付きボルト２が正しい力で締め付けられ、ねじ山付きボルト２に存在する長手方向の力の値Ｆが特定の最適値を有していて、かつ／または対応する値の範囲にあることが保証される。したがって、長手方向に変形したねじ山付きボルト２内に、ねじ接続部の締付けまたは再締付け後に存在する長手方向の力Ｆは、ボルト２における引張ひずみを表す。それは、テンショニングプロセス中にねじ山付きボルト２が受ける延長に依存する。
【００７２】
第１の計算ステップでは、伸長に関連するねじ山付きボルト２の延長が計算され、すなわち、
−ナット３の回転中に動く回転角度、
−およびねじ接続部１のねじ山ジオメトリ、
から計算される。
【００７３】
この場合、動いた回転角度は、必ずしもナット３自体の回転角度でなくてもよく、ナット３の回転角度に連動する異なる回転角度であってもよい。例えば、回転駆動装置１７の歯車エレメントが、回転角度センサによって検出されてもよく、または回転角度センサは、テンショニング装置１１のシリンダハウジングに構造的に組み込まれるか、またはトルクレンチ１０に構造的に組み込まれる。
【００７４】
計算パラメータとして第１の計算ステップで使用されるねじ接続部のねじ山ジオメトリは、ねじ山付きボルト２およびナット３のねじ山のねじ山ピッチである。したがって、回転角度とねじ山ピッチとの２つのジオメトリ値から、長手方向の寸法を直接計算することができ、したがってこの場合、ねじ山付きボルト２の軸方向のテンショニング、すなわち延長により得られたねじ山付きボルト２の伸長に関連する値を計算することができる。
【００７５】
第２の計算ステップでは、ねじ山付きボルト２に張力方向で作用する長手方向の力Ｆが計算され、すなわち、
−第１の計算ステップで決定されたねじ山付きボルト２の延長、
−ねじ山付きボルト２のボルト直径、
−およびボルト長さ、
から計算される。
【００７６】
長手方向の力Ｆは、例えば以下のように計算されてよい。Ｅはボルト材料の弾性率、Ａはボルト横断面の値、Ｌは特徴的なボルト長さ、ｄＬはボルト延長である。
Ｆ＝ｄＬ／Ｌ×（Ｅ×Ａ）
【００７７】
ねじ山付きボルト２における長手方向の力Ｆの計算のために使用されるボルト長さは、半径方向で広くなっているボルトヘッド２Ａを含むねじ山付きボルト２の絶対長ではない。その代わりにこの計算のために使用されるボルト長さは、関連するねじ山付きボルトが著しく変形した分の長さである。ねじ山付きボルト２のねじ山付き部分の一部と、存在しているのであればねじ山付きボルトのねじ山のないシャンク部分とが、この点に関連する特徴的なボルト長さを成す。この場合、第２の計算ステップで使用される特徴的なボルト長さは、ねじ山付き部分の長さ、および付加的に、ボルトヘッド２Ａと、同じく実質的に堅固に保持されるナット３との間に延在するシャンク部分の長さである。テンショニングプロセス中、明らかな延長は、この長手方向部分でのみ生じる。
【００７８】
ねじ山付きボルト２における長手方向の力Ｆの正確な値を計算できるかどうかは、ナット３を再締付けするときの精度に依存する。したがって、主として接触面の非平坦性に基づき、ナットの再締付けの際に、沈降プロセスが生じる場合がある。このような理由から、マルチステップアプローチがとられる。準備ステップでは、沈降プロセスに起因する不正確な測定を可能な限り排除するために、テンショニング装置１１は最初に、例えば５０ｂａｒの比較的低い油圧でのみ作動される。この準備圧力に達すると、方法ステップａ）で、ナット３は、ナット３が、実質的に隙間なく基板５Ａに支持され、沈降プロセスが排除されるように予め規定された締付けモーメントで、回転駆動装置１７によって締め付けられる。
【００７９】
このような準備ステップによって、ナットと基板との実質的に隙間のない接触が保証された後でのみ、ステップｂ）で、テンショニング装置１１を作動させることにより、したがって、ねじ接続部１を伸長することにより、テンショニングプロセスが行われる。この場合、テンショニング装置１１には、例えば１５００ｂａｒの極めて高いシステム圧が設定される。加えられた軸方向の張力を維持することにより、ステップｃ）で、ナット３のさらなる再締付けおよび／または回転が、このさらなる再締付けの間に動く回転角度の、回転角度センサによる検出と共に、実施される。
【００８０】
ステップｃ）によるナット３のさらなる再締付けは、ステップａ）によるナットのもともとの再締付けの準備ステップにおける以前と同じ締付けモーメントで実施される。
【００８１】
図４によると、ナット３の再締付けの際に実際に使用されるトルクは、測定技術によりトルクセンサによって検出される。この場合、トルクセンサは、トルクレンチ１０に組み込まれている。対応するトルク値は、トルクレンチ１０から信号技術により信号経路３１を介してプロセス制御ユニット２３に送信され、ドキュメンテーションモジュール２４に格納もされる。回転角度値は、信号経路３２を介して送信される。
【００８２】
ナット３の締付けおよび／または回転の際に検出されるデータおよび測定値の、プロセス制御ユニット２３への送信は、信号経路３１，３２を介して行われ、好適には無線で動作する送信ユニットおよび受信ユニットを介して行われる。動いた回転角度、実際に適用されたトルク、およびねじ山付きボルト２における計算された長手方向の力Ｆは、ねじ接続部１の個々の識別子と共に、プロセス制御ユニット２３のドキュメンテーションモジュール２４内に格納される。これらの値は、ドキュメンテーションモジュール２４内に、例えばデータ表またはパラメータファイル内に、格納されてよい。記録されたデータは、例えば後から、証拠のために呼び出す、またはエクスポートすることができる。
【００８３】
第２の実施形態は、図５〜図７に示されている。この場合、同じ参照符号は、第１の実施形態でも記載した構成要素に対応する構成要素を示す。
【００８４】
第１の実施形態とは異なり、モジュール３０は、テンショニング装置１１上に配置されている。モジュールには、回転装置の回転駆動装置１７だけではなく、ナットを締め付けるときに、およびさらに締め付けるときに使用されるトルクを検出するトルクセンサも組み込まれている。モジュール３０には、信号接続部３３が設けられており、この信号接続部を介して、回転角度値に加えて、トルク値も、プロセス制御ユニット２３に送信される。
【００８５】
したがって、第２の実施形態では、全体として、１つの信号経路３４しか必要ではなく、この信号経路により、回転駆動装置１７で検出された回転角度と検出されたトルクとの両方が、プロセス制御ユニット２３に送信される。これは、信号ケーブルによって、または一方ではモジュール３０における、他方ではプロセス制御ユニット２３の部分における、対応する送信ユニットおよび受信ユニットによって無線で、実施することができる。
【００８６】
第２の実施形態でも、動いた回転角度、実際に適用されたトルク、およびねじ山付きボルト２における計算された長手方向の力Ｆが、ねじ接続部１の個々の識別子と共に、プロセス制御ユニット２３のドキュメンテーションモジュール２４内に格納される。
【符号の説明】
【００８７】
１  ねじ接続部
２  ねじ山付きボルト
２Ａ  ボルトヘッド
３  ナット
５  機械部品
５Ａ  基板
６  機械部品
７  識別子、バーコード
８  前面
１０  手持ち式工具、トルクレンチ
１１  テンショニング装置
１２  交換可能なブシュ
１３  雌ねじ山
１５  ねじ山付き端部
１６  回転スリーブ
１７  回転駆動装置、回転装置
１８  シリンダハウジング
１９  支持管
２０  油圧接続部
２１  作動室
２２  油圧ポンプ
２３  プロセス制御ユニット
２４  ドキュメンテーションモジュール
２５  ピストン
２７  段部
２８  半径方向に広げられた部分
２９  多角形駆動機構
３０  モジュール
３１  信号経路
３２  信号経路
３３  信号接続部
３４  信号経路
Ｆ  長手方向の力
ΔＬ  長さ、隙間
Ｐ  圧力
【図１】
2020121402.tif 000003
【図２】
2020121402.tif 000004
【図３】
2020121402.tif 000005
【図４】
2020121402.tif 000006
【図５】
2020121402.tif 000007
【図６】
2020121402.tif 000008
【図７】
2020121402.tif 000009
【外国語明細書】
2020121402.tif 000010
2020121402.tif 000011
2020121402.tif 000012
2020121402.tif 000013
2020121402.tif 000014
2020121402.tif 000015
2020121402.tif 000016
2020121402.tif 000017
2020121402.tif 000018
2020121402.tif 000019
2020121402.tif 000020
2020121402.tif 000021
2020121402.tif 000022
2020121402.tif 000023
2020121402.tif 000024
2020121402.tif 000025
2020121402.tif 000026
2020121402.tif 000027
2020121402.tif 000028
2020121402.tif 000029
2020121402.tif 000030
2020121402.tif 000031
2020121402.tif 000032
2020121402.tif 000033
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2020121402.tif 000035
2020121402.tif 000036
2020121402.tif 000037