DISPOSITIVO HIDRÁULICO PARA EL TENSADO DE BULONES ROSCADOS Y PROCEDIMIENTO PARA APRETAR GRANDES TORNILLOS MEDIANTE EL DISPOSITIVO HIDRÁULICO DE TENSADO DE BULONES ROSCADOS.

Dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados para apretar y soltar grandes tornillos,

con -una alimentación de fluido a presión (6) al dispositivo de tensado de bulones roscados, -una conexión de fluido a presión (7) en el dispositivo de tensado de bulones roscados, -un cilindro (5) que se apoya sobre un órgano de máquina (1) que se trata de atirantar mediante un bulón roscado (2) y una tuerca (3), -por lo menos un émbolo (31) al que se aplica periódicamente presión, conducido en su interior de forma sellada, que se apoya en un casquillo roscado (21) roscado sobre el extremo de la rosca (4) del bulón roscado (2), -un dispositivo de control (9) para controlar la alimentación de fluido a presión (6) al dispositivo de tensado de bulones roscados y para desconectar la alimentación de fluido a presión (6) una vez que se haya alcanzado una presión teórica correspondiente a una fuerza de pretensado teórica, -un dispositivo de introducción de datos (10) para la fuerza de pretensado teórica del tornillo o para la correspondiente presión teórica de la alimentación de fluido a presión (6), -un dispositivo de medición (16, 19; 20, 22) para medir el desplazamiento relativo del extremo de la rosca (4) del bulón roscado (2) con respecto al cilindro (5), y caracterizado porque el dispositivo de tensado de bulones roscados comprende adicionalmente: -un dispositivo de evaluación (11) para determinar la tensión inicial real residual del tornillo después de descargar la presión del dispositivo de tensado de bulones roscados

La invención se refiere a un dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados para apretar y soltar grandes tornillos y a un procedimiento para apretar esta clase de tornillos mediante el dispositivo hidráulico de tensado de bulones conforme a los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 7, con una alimentación de fluido a presión al dispositivo tensor de bulones roscados, una conexión de fluido a presión en el dispositivo tensor de bulones roscados, un cilindro que se apoya sobre un elemento de máquina que se trata de atirantar mediante un bulón roscado y una tuerca, por lo menos un émbolo conducido en su interior de forma estanca, que se apoya sobre un casquillo roscado enroscado en el extremo de la rosca del bulón roscado, sometido periódicamente a presión, y a un sistema de control para controlar la alimentación de fluido a presión al dispositivo tensor de bulones roscados.

Un dispositivo o un procedimiento de esta clase se conocen por el documento US-A-5 257 207, que constituye el estado más próximo de la técnica.

Para obtener un conocimiento exacto de la tensión inicial del tornillo es usual medir directamente el alargamiento del tornillo que se ha alcanzado, ya que debido a la Ley de Hooke el alargamiento del tornillo es directamente proporcional a la tensión inicial del tornillo. Esta medición del alargamiento se puede realizar de diversos modos.

De acuerdo con el documento DE 28 46 668 A1, el bulón roscado que se trata de tensar puede estar perforado en toda su longitud, y en este orificio se puede introducir una varilla de medida cuya longitud debería corresponder esencialmente a la longitud del bulón roscado, y que no toma parte en el alargamiento del bulón roscado, de modo que el alargamiento del bulón roscado es el resultado de la diferencia de longitud entre la varilla de medida y el bulón roscado.

Este procedimiento de medición es engorroso, ya que es necesario que esté perforado cada bulón roscado, y que al efectuar cada tensado del bulón roscado se tenga que introducir la varilla de medida en el orificio, para unirla con un dispositivo de medición adecuado.

En un dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados descrito en el documento DE 101 45 847 A1 de la misma solicitante se utiliza un procedimiento de medida que consiste en determinar el alargamiento del bulón roscado a partir del ángulo de giro de la tuerca que se haya medido, ya que debido al paso de rosca respectivo existe una relación constante entre el ángulo de giro de la tuerca y el alargamiento del bulón roscado. En este procedimiento de medida es necesario enroscar la tuerca primeramente con todos los elementos de construcción que se trata de tensar mediante el bulón roscado, hasta que asiente sin holgura, y tener en cuenta el ángulo de giro de la tuerca únicamente a partir del punto de asiento así determinado.

Los dos procedimientos de medida conocidos permiten determinar con suficiente precisión el alargamiento del bulón roscado debido a la aplicación de presión del dispositivo hidráulico tensor del bulón roscado, y automatizar en gran medida el apriete de grandes tornillos, pero para ello requieren un sistema de aparatos muy complejo.

La invención se plantea como objetivo proponer un dispositivo hidráulico tensor de bulones roscados y un procedimiento para apretar grandes tornillos mediante un dispositivo hidráulico tensor de bulones roscados de esta clase, que con reducido gasto de aparatos permitan determinar con exactitud el alargamiento residual del bulón roscado, después de descargar la presión del dispositivo tensor de bulones roscados, sin que se requiera efectuar una medición directa del alargamiento del bulón roscado mediante una varilla de medida o por medio del ángulo de giro de la tuerca.

Este objetivo se resuelve conforme a la invención mediante un dispositivo que presenta las características de la reivindicación 1.

Partiendo de este planteamiento del problema se propone un dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados de la clase citada inicialmente, que comprende un dispositivo de control para controlar la alimentación de fluido a presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y para desconectar la alimentación de fluido a presión una vez alcanzada una presión de consigna correspondiente a la tensión inicial de consigna, un dispositivo de introducción de datos para una fuerza de pretensado teórica del tornillo, un dispositivo de medición para medir el desplazamiento relativo del extremo de la rosca del bulón roscado respecto al cilindro y una unidad de evaluación para determinar la tensión inicial residual del tornillo después de descargar la presión del dispositivo de tensado de bulones roscados.

La invención parte de la consideración de que la fuerza de tensión inicial teórica del tornillo y el consiguiente alargamiento resultante del tornillo se puede calcular de forma sencilla a partir de las dimensiones del tornillo, basándose en leyes conocidas. Esta fuerza de tensión inicial teórica del tornillo se puede aplicar mediante el dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados, siendo la fuerza de tensión inicial del tornillo igual a la presión hidráulica de alimentación del fluido a presión multiplicada por el área del émbolo del dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados. Para ello no es necesario conocer el alargamiento del tornillo. En cambio es importante conocer la tensión inicial real residual del tornillo después de apretar la tuerca respectiva una vez que se ha descargado la presión del dispositivo de tensado de bulones roscados, ya que al efectuar la descarga de presión de los dispositivos de tensado de bulones roscados aparecen manifestaciones de asentamiento. Para conocer por lo tanto la tensión inicial real residual del tornillo basta con medir la diferencia de alargamiento entre el estado en el que el dispositivo hidráulico de tensado de los bulones roscados tiene aplicada la presión teórica y el estado al apretar la tuerca y descargar la presión del dispositivo de tensado de bulones roscados. Basándose en la Ley de Hooke, esta diferencia se puede convertir directamente en una diferencia de tensión inicial del tornillo, siendo entonces la tensión inicial residual real del tornillo igual al valor de la tensión inicial del tornillo durante la aplicación de la presión con el valor teórico al dispositivo de tensado de bulones roscados, reducida en esta diferencia.

De este modo el dispositivo de medición del alargamiento solamente tiene que medir el desplazamiento del extremo roscado del bulón roscado con respecto al cilindro del dispositivo de tensado de bulones roscados, para lo cual no se requiere que el bulón roscado esté perforado. Más bien basta con medir mediante el dispositivo de medición la posición del extremo de la rosca del bulón roscado cuando se alcanza la presión de consigna, y después de la descarga de presión del dispositivo de tensado de bulones roscados y del enroscado de la tuerca, lo cual puede hacerse sin ninguna disposición de aparatos, ni requiere realizar modificaciones en un bulón roscado convencional.

Con el fin de poder determinar si una tensión inicial real residual del tornillo comprobada se corresponde con una tensión inicial residual teórica del tornillo, el dispositivo de evaluación y un dispositivo de introducción de datos de una fuerza de tensión inicial teórica del tornillo residual pueden estar comunicados con el dispositivo de control y una instalación de comparación para comparar la tensión inicial residual real del tornillo que se ha determinado con una tensión inicial residual teórica del tornillo, estando compuesta la unidad de evaluación preferentemente por una instalación de señal de control para activar la alimentación del fluido a presión al dispositivo de tensado de bulones roscados por medio de una instalación de control para la nueva aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados con una presión teórica superior, en el caso de que la tensión inicial residual real del tornillo que se ha determinado se encuentre por debajo de un valor de consigna predeterminado.

Gracias a esta medida se puede automatizar totalmente el proceso de tensado del tornillo, sin requerir ninguna intervención por parte del operario.

La instalación de medición puede consistir en una varilla de medida que pasa a través de un orificio en el casquillo roscado y un transductor de recorrido que esté en comunicación activa con la varilla de medida, donde la varilla de medida o bien descansa por uno de sus extremos...

1. Dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados para apretar y soltar grandes

tornillos, con -una alimentación de fluido a presión (6) al dispositivo de tensado de bulones roscados, -una conexión de fluido a presión (7) en el dispositivo de tensado de bulones roscados, -un cilindro (5) que se apoya sobre un órgano de máquina (1) que se trata de atirantar mediante un bulón roscado (2) y una tuerca (3), -por lo menos un émbolo (31) al que se aplica periódicamente presión, conducido en su interior de forma sellada, que se apoya en un casquillo roscado (21) roscado sobre el extremo de la rosca (4) del bulón roscado (2), -un dispositivo de control (9) para controlar la alimentación de fluido a presión (6) al dispositivo de tensado de bulones roscados y para desconectar la alimentación de fluido a presión (6) una vez que se haya alcanzado una presión teórica correspondiente a una fuerza de pretensado teórica, -un dispositivo de introducción de datos (10) para la fuerza de pretensado teórica del tornillo o para la correspondiente presión teórica de la alimentación de fluido a presión (6), -un dispositivo de medición (16, 19; 20, 22) para medir el desplazamiento relativo del extremo de la rosca (4) del bulón roscado (2) con respecto al cilindro (5), y caracterizado porque el dispositivo de tensado de bulones roscados comprende adicionalmente: -un dispositivo de evaluación (11) para determinar la tensión inicial real residual del tornillo después de descargar la presión del dispositivo de tensado de bulones roscados.

2. Dispositivo de tensado de bulones roscados según la reivindicación 1, en el que la unidad de evaluación (11) y un dispositivo de introducción de datos (13) para una fuerza de tensión teórica residual del tornillo están unidos al dispositivo de control (9), y que presenta un dispositivo de comparación (26) para comparar la tensión inicial real residual del tornillo que se ha determinado con una tensión inicial teórica residual del tornillo.

3. Dispositivo de tensado de bulones roscados según la reivindicación 2, en el que la unidad de evaluación (11) comprende un dispositivo de señal de control (27) para la activación de

la alimentación de fluido a presión (6) al dispositivo de tensado de bulones roscados, a través del sistema de control (9) para aplicar de nuevo presión al dispositivo de tensado de bulones roscados, a una mayor presión teórica, en el caso de que la tensión inicial real residual del tornillo que se ha comprobado esté por debajo de un valor de consigna especificado.

4. Dispositivo de tensado de bulones roscados según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de medición (16, 19; 20, 22) consiste en una varilla de medida (16; 20) conducida a través de un orificio (29) en el casquillo roscado (21), y un transductor de recorrido (19; 22) que está en comunicación activa con la varilla de medida (16; 20).

5. Dispositivo de tensado de bulones roscados según la reivindicación 4, en el que la varilla de medida (16) se apoya con uno de sus extremos sobre el extremo roscado (4) del bulón roscado (2), y que por su otro extremo va conducido de modo desplazable en un soporte

(17) fijado sobre el extremo del cilindro, actuando allí conjuntamente con el transductor de recorrido (19) dispuesto en el soporte (17).

6. Dispositivo de tensado de bulones roscados según la reivindicación 4, en el que la varilla de medida (20) va sujeta por uno de sus extremos de modo no deslizante en un soporte

(17) fijado sobre el extremo del cilindro, y que por su otro extremo va conducido en las proximidades del extremo de la rosca (4) del bulón roscado (2), estando dispuesto el transductor de recorrido (22) en este extremo de la varilla de medida (20).

7. Procedimiento para apretar grandes tornillos mediante el dispositivo hidráulico de tensado

de bulones roscados según una de las reivindicaciones 1 a 6, con los pasos siguientes: a) Introducción de datos de una fuerza de tensión inicial teórica del tornillo correspondiente a una presión teórica de una alimentación de fluido a presión al dispositivo de tensado de bulones roscados, o b) Introducción de datos de una presión teórica de una alimentación de fluido a presión al dispositivo de tensado de bulones roscados, correspondiente a una fuerza de tensión inicial teórica del tornillo, c) Conexión de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y tensado del bulón roscado hasta la fuerza de pretensado teórica del tornillo, d) Desconexión de la aplicación de la presión al dispositivo de tensado de bulones

roscados al alcanzar la fuerza de pretensado teórica del tornillo,

e) Enroscado a fondo de la tuerca para asentar sobre el órgano de máquina que se trata de atirantar, durante el paso c) o después del paso d), f) Medición del desplazamiento relativo del extremo del bulón roscado con respecto al cilindro del dispositivo de tensado de bulones roscados, g) Descarga de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados, caracterizado porque el procedimiento comprende además los pasos siguientes: h) Nueva medición del desplazamiento relativo del extremo del bulón roscado con respecto al cilindro del dispositivo de tensado de bulones roscados, i) Determinación de la tensión inicial real residual del tornillo a partir de las mediciones según los pasos f) y h).

8. Procedimiento según la reivindicación 7 con los siguientes pasos adicionales: 1.1) Introducción de los datos del área de la sección y de la longitud de apriete del bulón roscado 1.2) Continuación con los pasos c) al e) y los pasos alternativos: 1.3) Puesta a cero del dispositivo de medición 1.4) Continuación con el paso g) y los pasos alternativos: 1.5) Medición de la diferencia de desplazamiento entre el estado después del paso e) y después del paso g) 1.6) Cálculo y visualización de la tensión real del tornillo residual de acuerdo con la fórmula:

F = p × AK −Δl × E × A / L

siendo p = Presión que actúa en el dispositivo de tensado de bulones roscados [MPa] AK = Área del émbolo del dispositivo de tensado de bulones roscados [mm2]

ºІ = Diferencia de longitud según el paso 1.5) [mm] E = Módulo de elasticidad del bulón roscado [N/mm2] AK = Área de la sección del bulón roscado [mm2] L = Longitud de apriete del bulón roscado [mm]

9. Procedimiento según la reivindicación 7, con los pasos alternativos: 2.1) Comienzo con los pasos a) o b) 2.2) Conexión de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y tensado del bulón roscado hasta una presión de aproximadamente 1,5% al

3% de la presión teórica

2.3) Puesta a cero del dispositivo de medición 2.4) Aumento de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y tensado del bulón roscado hasta la fuerza de pretensado teórica del tornillo, 2.5) Continuación con los pasos d) a h) 2.6) Cálculo y visualización de la pretensión real residual del tornillo de acuerdo con la fórmula:

L1

F =×p×AK

L2

siendo L1 = Alargamiento del bulón roscado, conforme al paso h) [mm] L2 = Alargamiento del bulón roscado, conforme al paso f) [mm] AK = Área del émbolo del dispositivo de tensado de bulones roscados [mm2] p = Presión de la alimentación de fluido a presión [MPa]

10. Procedimiento según la reivindicación 7, con los pasos: 3.1) Comienzo con los pasos a) o b) 3.2) Conexión de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y tensado del bulón roscado hasta una presión de aproximadamente un 4% al 15% de la presión teórica 3.3) Puesta a cero del dispositivo de medición 3.4) Aumento de la presión aplicada al dispositivo de tensado de bulones roscados y tensado del bulón roscado hasta la fuerza de pretensado teórica del tornillo, 3.5) Continuación con los pasos d) al h) 3.6) Nueva conexión de la aplicación de presión al dispositivo de tensado de bulones roscados y nuevo tensado del bulón roscado a una presión de aproximadamente un 4% al 15% de la presión teórica 3.7) Nueva medición del desplazamiento relativo del extremo del bulón roscado respecto al cilindro del dispositivo de tensado de bulones roscados 3.8) Cálculo y visualización de la tensión inicial real residual del tornillo de acuerdo con la fórmula:

L +ΔL

F = 11 × p × AK

L2

siendo

L1 = Alargamiento del bulón roscado conforme al paso h) [mm]

º L1 = Diferencia entre el alargamiento del bulón roscado conforme al paso 3.7) y el alargamiento del bulón roscado conforme al paso h) [mm] L2 = Alargamiento del bulón roscado conforme al paso f) [mm] AK = Área del émbolo del dispositivo de tensado de bulones roscados [mm2] p = Presión de la alimentación de fluido a presión [MPa]

11. Procedimiento según la reivindicación 7, con los siguientes pasos adicionales: j) Introducir en el dispositivo de control o calcular por medio del dispositivo de control una tensión inicial teórica incrementada del tornillo, proporcional a la diferencia entre una tensión inicial teórica residual demasiado baja que se ha determinado, y una tensión inicial teórica residual especificada, k) Conectar nuevamente la aplicación de presión del dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados y tensar el bulón roscado hasta la tensión inicial teórica incrementada del tornillo, l) Repetir los pasos d) al i)

12. Procedimiento según la reivindicación 8, con los siguientes pasos adicionales: 1.7) Introducir en el dispositivo de control o calcular por medio del dispositivo de control una tensión inicial teórica incrementada del tornillo, proporcional a la diferencia entre una tensión inicial teórica residual demasiado baja que se ha determinado, y una tensión inicial teórica residual especificada, 1.8) Conectar nuevamente la aplicación de presión del dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados y tensar el bulón roscado hasta la tensión inicial teórica incrementada del tornillo, 1.9) Repetir los pasos c), d), e), 1.3), 1.4), 1.5), 1.6

13. Procedimiento según la reivindicación 9, con los siguientes pasos adicionales: 1.7) Introducir en el dispositivo de control o calcular por medio del dispositivo de control una tensión inicial teórica incrementada del tornillo, proporcional a la diferencia entre una tensión inicial teórica residual demasiado baja que se ha determinado, y una tensión inicial teórica residual especificada, 1.8) Conectar nuevamente la aplicación de presión del dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados y tensar el bulón roscado hasta la tensión inicial teórica incrementada del tornillo, 2.7) Repetir los pasos 2.2), 2.3), 2.4), 2.5), 2.6) 14. Procedimiento según la reivindicación 10, con los siguientes pasos adicionales: 1.7) Introducir en el dispositivo de control o calcular por medio del dispositivo de 5 control una tensión inicial teórica incrementada del tornillo, proporcional a la diferencia entre una tensión inicial teórica residual demasiado baja que se ha determinado, y una tensión inicial teórica residual especificada, 1.8) Conectar nuevamente la aplicación de presión del dispositivo hidráulico de tensado de bulones roscados y tensar el bulón roscado hasta la tensión inicial teórica 10 incrementada del tornillo, 3.9) Repetir los pasos 3.2), 3.3), 3.4), 3.5), 3.6), 3.8) 15 20 25 30