预张紧工具、预张紧系统以及预张紧螺栓的方法

摘要

一种预张紧工具(201，202，203，204)包括用于测量操作过程中产生的张力的传感器(107)。预张紧工具还包括用于和所述传感器(107)进行电子通讯的总线连接(108，502)。在通过所述总线连接(108，502)进行通讯时，所述传感器在所述总线上的识别符被用作预张紧工具的识别符。

说明书

技术领域

本发明涉及组装机器和结构的过程中螺栓的预张紧。特别地，本发明涉及识别用 于预张紧的工具的任务，以及记录这样的工具的使用的任务。

背景技术

重要建筑物和机器的部件中螺栓预张紧的完善的方法需要精确控制张紧力，这一 方法涉及在紧固螺母之前使用预张紧工具以弹性拉伸螺栓。典型的预张紧工具包括夹 持螺栓自由端的夹紧装置以及一个或多个液压缸。在高压下泵入液压缸的液压流体移 动夹持装置，该夹持装置又拉伸螺栓。

要被预张紧的螺栓可定位于狭窄空间内，到该处的入口受到限制，例如像在内燃 机中将连接棒的连杆头结合在一起的螺栓。此外或可代替地，它们可位于这样的地方， 到该处所有的工具必须行进较长距离，例如像用于组装风力涡轮机的结构的螺栓。连 同简单、实际的使用的总体需要，这主张将预张紧工具制作得尽可能小和轻。另一方 面，预张紧工具必须承受很高的机械负荷，例如来自液压流体的高压，其很可能是数 千巴。每一预张紧工具经历的操作周期的次数应被控制，而不应超过周期预定的最大 数目。

传统的解决方法是让操作者手动保持日志，在其中记录预张紧工具的使用。在这 样的安排中，构成保持操作记录的基础的序列号或其它识别符印在预张紧工具上或在 其上以其它方式视觉可见。更近的发展涉及将识别符以条形码或一些其它机械可读形 式印在预张紧工具上，这使得其阅读更快并帮助避免保持记录中的人为错误。然而， 还存在混淆和错误的可能性：例如操作者可能非有意地阅读另一工具的识别符。

另一已知的方法是在预张紧工具自身内部建立机械计数器。这样一个方法的缺点 包括预张紧工具增加的复杂性和重量，以及计数器故障的可能性。

发明内容

下文介绍了简单的发明内容以提供多个发明实施方式的一些方面的基本理解。该 发明内容不是本发明的详尽纵览。其既不用于确定本发明的关键或关键的元件，也不 用于限定本发明的范围。下面的内容仅以简单的形式介绍本发明的一些概念，作为本 发明示例性实施方式更详细描述的序言。

本申请旨在一种保持预张紧工具的操作日志的改进的方法。本发明的另一目的在 于提供一种监控预张紧工具的使用的方法和设置，使得人为错误的可能性最小化。本 发明的再一目的在于通过结合操作记录的使用和预张紧系统的其它操作特点来达到 协同优势。本发明的进一步的目的是在预张紧系统内提供简单且耐用的结构和功能方 案。

根据本发明的一个方面，为预张紧工具内的传感器设置总线连接以监控其操作。 传感器的总线地址或相应的识别符用于自动识别预张紧工具。

根据本发明的预张紧工具的特征在于指向预张紧工具的独立权利要求的特征部 分中记载的特征。

根据本发明的预张紧系统的特征在于指向预张紧系统的独立权利要求的特征部 分中记载的特征。

根据本发明的方法和计算机程序产品的特征在于相应独立权利要求的特征部分 中记载的特征。

将预张紧工具内的传感器连接至总线，而不针对每一传感器和每一信号使用专用 线路，这简化了布线，尤其是在多个预张紧工具可能和一个共用的中央单元一起使用 的系统中。为了经由总线进行通讯，传感器可由总线地址或相应的识别符识别。使用 相同的识别符识别合适的预张紧工具提供了将实际发生的操作周期和另外的重要参 数与正确的预张紧工具关联起来的简单可靠的方法。这也能实现很多在现有技术系统 中不可能的自动监控和控制功能。

在附加的从属权利要求中描述了本发明的多个非限制示例性实施方式。

当结合附图阅读时，通过下面对特定示例性实施方式的描述，可更好地理解本发 明的关于结构和操作方法的各种非限制示例性实施方式及其多个额外的目标和优点。

动词“包含”在本文中用作开放式限定，其既不排除未描述特征也不要求其存在。 从属权利要求中描述的特征可相互地自由组合，除非明确说明了其它方式。

附图说明

图1示出了预张紧工具，

图2示出了预张紧系统，

图3示出了系统的逻辑实体和连接，

图4示出了另一系统的逻辑实体和连接，

图5示出了系统的功能实体，以及

图6示出了方法和计算机程序产品。

具体实施方式

图1是部分剖面图，其示意性示出了用于螺栓的预张紧工具。表面101限定孔， 螺栓102的自由端穿过该孔伸出。目的是紧固螺母103，这样它将在表面101上施加 预定量的压力。预张紧工具包括主体104以及夹子105，所述主体可被支撑成抵靠表 面101，所述夹子用于夹持待被预张紧的螺栓102自由端。预张紧工具还包括至少一 个液压缸106，该液压缸的活塞(未单独示出)连接至夹子105，以沿轴向将拉力施 加至螺栓102，使其弹性延伸。当螺栓的弹性延伸达到预定值时，螺母103抵靠表面 101而被旋扭到位。此后，可释放拉力，而螺栓连接保持在想要的紧度。

图1的预张紧工具包括用于测量在操作过程中产生的张力的传感器107。可以以 多种方式将传感器安置在预张紧工具中，也可以多种原理测量实际的张力。图1示意 性描述的结构确保该测量原理遵循在专利申请F120125142中公开的原理，公众在本 申请撰写时还不能得到该申请F120125142。换句话说，传感器107是磁性传感器， 其构造成测量夹子105内包含的磁性材料(未单独示出)的运动。其它的可能性包括， 但不限于，安置传感器，使得它测量液压缸106内活塞的运动，使用压力量表测量缸 内液压流体的压力，或为预张紧工具的某些部分配置应变仪，该应变仪测量在工具的 该部分中由于拉力的增加而发生的弹性变形。

由传感器107产生的测量数据必须被带出至系统的另外的部件以被使用，为了这 个目的，预张紧工具包括用于和传感器107进行电子通讯的连接108。根据本发明的 一个方面，连接108是总线连接。

这里使用的词总线指数字多点通讯系统或下述通讯系统，在这种通讯系统中，多 个数字通讯装置共用同一个物理媒介来传输承载通讯的信息内容的物理现象(电流、 电压和/或电磁场)。参与经由总线通讯的通讯装置的数量是两个或更多；总线的一个 重要特征是其使得(但不要求)能够有三个或更多个共享同一物理传送媒介的装置， 即使在总线上传输的每一单独的通讯总是从单一的发射装置传输到单一的接收装置。 总线连接通常是有线连接，然而许多同样的原理也适用于无线连接，在其中所有的通 讯装置共享同样的空间，无线传输通过该空间传导。本发明不排除总线连接为无线连 接。

总线连接包括物理部分和逻辑部分，两者都必须遵循总线的定义特征。物理部分 包括电线(或，在无线连接的情况下，天线)和连接件，以及建立必要的电流、电压 和/或电磁场需要的电路。总线连接的逻辑部分包括安排计数的功能线路、信息组成 和信息分解以及装置识别特征。经由总线通讯的每一装置具有一个或多个总线地址。 总线地址用于指示经由总线传输的通讯，这样，传导的信息内容被示出源自特定的传 输装置，和/或专用于特定接收装置的接收和使用。

特别地，假定，识别符已经分派给传感器107。预张紧系统中，识别符是唯一的， 这意味着只有一个预张紧工具的唯一一个传感器具有这个识别符。预张紧工具包括地 址电路109，该地址电路构造成在通过总线连接108通讯时，使用传感器107的识别 符。使用这个识别符意味着以下各项中的至少一项：使用这个识别符辨认通过指向这 个预张紧工具的传感器的总线连接接收的信息，和/或使通过总线连接产生的传输表 明这个预张紧工具的传感器的识别符。关于前者，地址电路例如可将所接收的数字信 息的地址场的内容与其自身具有的识别符进行比较。关于传输，地址电路例如可构成 用于传输的信息，这样，信息中的地址场包括识别符的拷贝。

图1示意性示出一种方案，在其中，地址电路109与传感器107构成一体的实体。 在可替代方案中，在预张紧工具中，地址电路可与传感器分开地定位。例如，预张紧 工具可包括电控制单元，地址电路是该电控制单元的一部分。可用于限定总线连接的 已知总线标准的例子为RS-485、CAN和RS-232。缩写RS来自于推荐标准，而缩写 CAN来自于控制器区域网络。RS-232是相当宽泛的串行总线标准，其中被称作简化 的RS-232的较简单版本为已知的。简化RS-232的变形是三线和五线RS-232。

图2示意性示出预张紧系统，其包括至少一个预张紧工具，在图2的实施方式中 有四个预张紧工具201、202、203和204。另外，该系统包括中央单元205，在图2 的实施方式中，该中央单元是建立在轮子上的可移动单元。不同的预张紧工具201、 202、203和204可同时连接到中央单元205，如图2，或者它们中的一个或多个依次 连接到中央单元205。

图2中的中央单元205的部件是液压单元206和控制单元207，其中前者本质上 是能够产生数千巴范围的压力的可控制液压泵，而后者为计算机。预张紧工具和中央 单元之间的连接包括传递液压流体用的高压液压管，以及建立传送传感器读数的总线 用的电连接这两者。

图3示出了布置预张紧系统的逻辑实体之间连接的一种可能性。示出一个预张紧 工具201，其单独包括液压学部分301和电子学部分302。控制单元207和液压单元 206之间的连接303是所谓的操作通讯连接，控制单元207通过该操作通讯连接向液 压单元206传递操作命令并接收测量数据。在液压单元206和预张紧工具的电子学部 分302之间，总线304构成连接的电子部件。连接的液压部分305被单独示出。图3 的布置可用于例如这样一种情况，操作通讯单元303是更通用的连接，例如全RS-232 或USB(通用串行总线)连接，而总线304是较简单的连接，例如RS-485或简化 RS-323连接。在这样的情况下，液压单元206应包括足够的自我智能以在不同的连 接中使用的协议之间进行转换，这样，例如来自电子学单元302的上游的传感器读数 最终以控制单元207能够翻译的形式到达控制单元207。

图4示出可替代的可能性，在其中，总线401根本不通过液压单元206，而是将 预张紧工具201的电子学部分302直接连接到控制单元207。在这个替代中，控制单 元207和液压单元206之间的操作通讯连接303仅用于这两个单元之间的通讯，而不 用于从预张紧工具传送任意传感器读数。这个安排可用于例如这样一个情况，其中液 压单元206具有很有限的自我智能，并构造成仅通过对预张紧工具的液压学部分301 适当地泵入或放出液压流体来回应来自控制单元207的指令。

图3和图4均示出了数据库306，控制单元207具有通向该数据库的入口。本申 请的下文将描述使用数据库306的有利方式。

图5是稍微更详细的示意性视图，其示出了根据本发明的另一实施方式的预张紧 系统的功能实体。图5的左侧示出了中央单元205，而右侧是一个示例性预张紧工具 201。在这种情况下，同样的总线501被用于执行控制单元207和液压单元206以及 预张紧工具201通过其总线连接502连接到其上的总线之间的操作通讯连接。属于预 张紧工具201的电子学部分302的功能实体是传感器107、模数(A/D)转换器503 (如果需要)以及总线连接502，该总线连接包括构造成使用通过总线501处于通讯 中的传感器107的识别符的地址电路(未单独示出)。在简单的情况下，预张紧工具 201的电子学部分302内的通讯可为单向向上游方向，其在图5中示出，在向下游的 方向箭头周围有括号。

预张紧工具的电子学部分302的操作功率需求通常是如此适度，使得它们可使用 经由总线501传送的功率。如果不，可向预张紧工具201内建立单独的操作功率输入。

液压单元206具有自己的总线连接504，提供了总线501和液压单元206的电子 学部分505之间的连接。在图5中示出的电子功能实体的例子是泵控制实体506和内 部功能监控实体507。这些中，前者控制液压泵和阀508，其使用储存在储存器509 内的液压流体来提供操作预张紧工具所需要的液压。

控制单元207的中央功能实体是处理器510，该处理器构造成执行存储在程序存 储器511中的程序，并与用户通过用户界面512进行交流，该用户界面可包括例如触 敏屏或单独的显示器和键盘以及控制键。处理器510具有数据存储器513以存储运行 数据。总线连接514提供处理器510和总线501之间的界面。在图5的实施方式中， 控制单元207还具有另外的连接，该另外的连接用于和比图5中示出的预张紧系统的 中间部件更远的设备的通讯。这个另外的连接以无线连接515的示例性形式示出，但 也完全可以为有线连接。这里指的更远的设备的非限定性例子是工厂数据库。基本上， 控制单元207可具有通过同一总线501通向或来自更远设备的连接，其通过该连接与 预张紧系统的其它部分通讯，但在很多情况下，其更实际地专用于总线501以仅用于 预张紧系统的内部通讯。

根据本发明的一个方面，预张紧系统的中央单元包括和/或具有通向操作日志的 入口，操作日志是记录各个预张紧工具的使用的存储数据的集合。操作日志可位于数 据存储器513内，但另外地或可替代地，其可位于更远的数据存储中，例如位于工厂 数据库中。因此，图3和图4中示出的数据库306可代表预张紧系内部的数据存储， 或外部数据存储，或两者。操作日志可以被如何使用的例子是各个预张紧工具的已执 行的操作周期的监控。

为了这个目的，预张紧系统的中央单元被构造成，基于在中央单元和所考虑的预 张紧工具之间已执行的通讯，将每一预张紧工具的使用的指示存储进操作日志中。在 这样的通讯过程中，预张紧工具内的传感器的识别符或总线地址用于明确地识别预张 紧工具。换句话说，当配备有传感器的预张紧工具在中央单元的控制下执行操作周期 时，这个操作周期被记录在操作日志中。除了将预张紧工具的操作周期记录在操作日 志中之外，该预张紧系统(的中央单元)被构造成向其用户提供关于操作周期的记录 次数的指示。例如，作为对特定预张紧工具的操作周期的记录次数达到预定极限的回 应，中央单元被构造成为用户提供特定的指示：该预张紧工具在执行其排定的维修之 前不能再安全操作。

中央单元被构造以执行的其它功能包括，但不限于，如下：

-通过核查由所述传感器的所述识别符识别的预紧工具是否存在于中央单元可 获取的工具数据库中来回应预张紧工具的所检测到的连接，

-将被识别的预张紧工具的存储的等级与和特定螺栓的预张紧相关联的预定操 作参数进行比较，并且，仅在发现所述存储的等级与所述预定操作参数匹配时指示用 户使用所述预张紧工具来预张紧所述特定螺栓，

-在正在进行的预张紧的过程中，核查所收到的指示所进行的预张紧的信号是 否来自传感器，该传感器的识别符与中央单元指示要使用的预张紧工具的识别符匹 配。

在最后提到的情况下，中央单元可被构造成，作为对从其接收信号的传感器的识 别符与中央单元指示要使用的预张紧工具的识别符之间的不匹配的回应，中止预张紧。

将参考图6更详细地描述上面提到的这种类型的功能，图6示出了根据本发明的 一个实施方式的方法。图6的方法可通过准备并在非易失性存储介质上存储一组机器 可读指令来由计算机实施，当被计算机执行时，这些机器可读指令引起所述方法的执 行。因此，图6也是本发明的计算机程序产品方面的示例。在下面的说明中，假定基 本上所有的与方法的执行有关的智能都位于控制单元内，所以说中央单元做了什么基 本上等同于控制单元做了什么。如果控制单元和预张紧工具之间的通讯经过液压单 元，如图3，则假定液压单元仅传送信息，如果需要，包括协议转换。

在步骤601，预张紧工具连接到中央单元，这使控制单元检测预张紧工具的连接。 该检测可能已包括：在控制单元接收与预张紧工具内的传感器的总线地址或其它识别 符有关的信息，但在它不这么做的情况下，可有单独的步骤602以运行识别协议，在 该过程中，控制单元开始知道传感器的总线地址和其它识别符。由此，控制单元使用 传感器的总线地址或其它识别符作为预张紧工具的识别符，预张紧工具的连接在步骤 601中已被检测。

在步骤603，控制单元检查，这个预张紧工具是否存在于控制单元可访问的工具 数据库(例如，工厂数据库)中。如果具有这样的识别符的预张紧工具还没有存在于 数据库中，则控制单元在步骤604运行设定程序，在运行设定程序的过程中，在数据 库中为这个预张紧工具建立入口。建立入口可涉及到输入预张紧工具的基本数据，例 如它的等级以及关于该工具已经经历的操作周期的任意可得到的信息。

步骤605示出向用户显示所识别的预张紧工具的基本数据。这个步骤的目的在于 向用户显示所连接的预张紧工具已经被识别并准备好被使用。该方法的这个和/或其 它的阶段还包括在步骤606示出的检查，在该步骤，控制单元将预张紧工具的操作周 期的记录次数与预定极限进行比较。换句话说，控制单元检查预张紧工具是否还剩有 允许的操作周期。如果不，在步骤607向用户显示警告(即，提供指示)。根据步骤 608，控制单元还可使已经达到所记录的操作周期的最大次数的预张紧工具不能被进 一步使用。实践中，这意味着，控制单元拒绝指示液压泵向该预张紧工具泵送任何液 压。

如果步骤606的结论是积极的，则控制单元分派已连接的预张紧工具来预张紧正 在工作的方案中的螺栓。例如，如果用户正在紧固发动机中的连杆的大头端的螺栓， 则控制单元分派预张紧工具来预张紧要被紧固的下一个螺栓。步骤609中提到的交叉 关联的意思是，控制单元检查与所考虑的螺栓的预张紧相关联的等级以及其它可能的 预定操作参数，并将所分派的预张紧工具的存储的等级与至少一个预定参数进行比 较。该方法可包括：在交叉关联显示所连接的预张紧工具不适合该工作的情况下，在 步骤609处结束。

步骤610作为对一个结论的回应而启动，根据该结论，预张紧工具的等级匹配于 或好于与其进行比较的预定操作参数。在步骤610中，控制单元指示用户将预张紧工 具安置到位。在收到工具到位的确认之后，控制单元在步骤611初始化预张紧。

在预张紧已经初始化后，液压单元开始增加液压，以使预张紧工具内的液压缸拉 螺栓。通常，液压首先增加到基本值，以消除松弛，使得例如测量到的夹子的移动为 可靠的零值。将运动的测量进行重新设置，之后，螺栓的实际预张紧开始，使得在重 新设定之后，夹子的测量到的运动或其它测量到的张力的增加对应于螺栓的弹性延伸。

图6中的步骤612代表检查信号来自正确的传感器，该信号指示夹子的运动或以 其它方式表示预张紧在进行中。这样一种检查是有意义的，尤其是如果预张紧系统具 有多个同时连接到中央单元的预张紧工具。也即，当控制单元指示用户在步骤610 安置预张紧工具时，人为错误可能发生，结果用户可能会安置不正确的预张紧工具。 可替代地，故障值可能已经使不正确的预张紧工具内的液压增加。如果信号显示来自 这样一种传感器，即，该传感器的总线地址或其它识别符与应该处于使用中的预张紧 工具的识别符不匹配，则控制单元根据步骤613中止当前的预张紧。用户可被促使清 除该情况，例如通过返回到步骤610，在该步骤给出使用正确的预张紧工具的指令。

如果预张紧正常进行，则图6中的方法的执行循环步骤614中的回路，直到来自 传感器的信号显示已经达到合适的预张紧。在步骤615，指示用户张紧螺母，之后在 步骤616进行最后的检查。这些可能涉及到例如将压力返回到基本值并检查该张紧不 比小的允许值更松。如果在螺纹中或在螺母下有污垢，则减小压力将引起测量到的张 紧的显著降低，这意味着必须重复程序，而错误源必须被移除。因此，应当有从步骤 616回到矫正措施的某些步骤的可能的返回，但为了保持图示的清洁而在图6中没有 显示出这种可能的返回。

在步骤617，控制单元将预张紧工具的已执行的使用的指示存储进操作日志。在 生成该指示时，预张紧工具由传感器的总线地址或其它识别符识别，该总线地址或其 它识别符也在传送传感器读数时使用，因此，可以说，指示的存储发生在中央单元和 预张紧工具之间执行的通讯的基础上，在该通讯过程中使用了所述传感器的所述识别 符。如果在当前的项目中有多个螺栓要被预张紧，且如果与这些相关联的等级显示它 们可以使用同样的预张紧工具预张紧，则图6的方法的执行可回到例如步骤606。

在不脱离由附加的权利要求限定的保护范围的情况下，可对上面描述的示例性实 施方式作出改进。例如，在上面假定每一预张紧工具进仅具有一个腔，且因此一次仅 能张紧一个螺栓。可建立多腔预张紧工具并使其以类似的方式连接到中央单元，该多 腔预张紧工具能够用于预张紧两个或更多的螺栓而不用在其间移动预张紧工具。多腔 预张紧工具的每一腔都必须具有其自己的传感器，以确切了解要预张紧的每一螺栓的 张力。因此，每一传感器还应具有一个清楚的总线地址或其它识别符，该总线地址或 其它识别符在经由总线进行的通讯中使用，该通讯将测量结果从传感器传送到中央单 元。通过使用这些识别符，多腔预张紧工具的腔在操作日志中可如同它们是单独的预 张紧工具那样操作。