CN101687312B - 用于电动工具的转矩感测单元以及包括这种转矩感测单元的电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动工具的转矩感测单元，其布置为通过感测从行星减速齿轮(12)的环形齿轮传递到工具壳体(10)的反作用转矩而产生转矩反应信号，其中转矩感测单元(20)包括设置成与环形齿轮(16)的几何轴线垂直的环形转矩传递元件(22)，并且该元件上具有第一对外部接合部分(24、25)用于将转矩传递元件(22)连接到壳体(10)上，还具有第二对外部接合部分(27、28)用于将转矩传递元件(22)连接到环形齿轮(16)，并且有至少一对位于接合部分(24、25、27、28)之间的弱弹性可变形的区域(42a-d)，并且具有用于输送响应于传递的反作用转矩的信号的传感器(43)。

Description

用于电动工具的转矩感测单元以及包括这种转矩感测单元的电动工具
技术领域
本发明涉及一种转矩感测单元和设置有这种转矩感测单元的电动工具，通过该转矩感测单元，通过感测从减速齿轮的一部分传递到工具壳体的反作用转矩的装置，产生了输出转矩反应信号。
特别的，本发明涉及一种包括反作用转矩传递元件的转矩感测单元，该反作用转矩传递元件连接在行星减速齿轮的环形齿轮和工具壳体之间，并且设置有布置为输送信号的应变传感器所述信号响应于被传递的反作用转矩以及工具的输出转矩。
背景技术
一种之前已知类型的转矩感测装置例如在US 4,620,449中进行了描述，包括可弹性变形的套管和应变计类型的传感器装置，所述套管将减速齿轮的环形齿轮连接至工具壳体，所述传感器装置布置为响应于传递到工具壳体的反作用转矩而显示套管的弹性扭转变形。这种设备的缺点在于在工具壳体内需要大量的轴向空间。对于生产来说，它也相对比较昂贵。
用于转矩传递电动工具的另外一种类型的转矩感测装置在US5,172,774中进行了描述。这种已知类型的转矩感测装置包括一个轮形的转矩传递元件和一个边缘部分，该轮形的转矩传递元件包括轮毂，该轮毂具有内部花键用于连接至安装在壳体中的固定盘，该边缘部分具有外部花键用于连接至受到反作用转矩的环形齿轮元件。这种设备的优点在于在工具的壳体内需要相对较短的轴向空间，但是相反地，它需要较大的径向空间，并且对于制造来说相当复杂并且昂贵。
发明内容
本发明的主要目的在于实现一种改进的转矩感测单元和一种具有这种转矩感测单元的电动工具，借以避免现有技术中设备的缺点。因此，本发明意在提出一种用于电动工具的转矩感测单元，其设计紧凑，对于制造来说也简便并且便宜。
本发明的进一步的优点和目的将在以下说明书和权利要求书中体现。
附图说明
以下将参考附图具体地描述本发明的优选实施例。
在说明书附图中，
图1显示了包括根据本发明的转矩感测单元的电动工具的纵向截面。
图2显示了沿着图1中的线II-II的横截面。
图3显示了包括应变感测装置的根据本发明的转矩传递元件的立体图。
具体实施方式
在附图中所示的电动工具是一个用于紧固螺纹接头的电动螺帽扳手(nutrunner)，包括壳体10、旋转电动机11、减速齿轮12和以轴颈形式设置在角头14上的输出轴13。减速齿轮12包括两个公知类型的行星齿轮，所述行星齿轮串联并且具有连接到壳体10上的公共不旋转环形齿轮16。为了缩减说明书的内容，不再进一步具体描述行星齿轮。然而，减速齿轮12具有主要的驱动轴，该驱动轴具有恒星齿轮19并连接到电动机11上。环形齿轮16通过转矩感测单元20连接到壳体10上，该转矩感测单元20布置为将工具操作期间施加在环形齿轮16上的反作用转矩传递到壳体10。
在现有技术中已知的是，在行星减速齿轮的环形齿轮上施加的反作用转矩是与通过工具的输出轴输送的输出转矩成比例的，并且，为了实现固定的、相对简单的装置以测量工具的输出转矩，转矩感测装置被应用于环行齿轮和工具壳体之间。正如上文所述的，用于这种目的的之前已知的设备的缺点在于，需要太多空间和/或对于制造来说太复杂并且太昂贵。
在如附图所示的电动工具内，包括环形转矩传递元件22的转矩感测单元20连接在环形齿轮16和壳体10之间，并且其几何轴线与环形齿轮16的几何轴线重合。该转矩传递元件22相对比较薄，也就是说，它的轴向长度比它的径向尺寸要小很多，这就意味着，它仅在壳体10的内部区域需要有限的轴向空间。转矩传递元件22具有用于连接至壳体10的第一对外部的沿直径相对的接合部分24、25，以及用于连接至环形齿轮16的第二对沿直径相对的接合部分27、28。第一对接合部分24、25相对于第二对接合部分27、28以90度有角度地隔开。
第一对接合部分24、25用于将反作用力FR从转矩传递元件22传递到壳体10，而第二对接合部分27、28用于将与从环形齿轮16接收的切向引导的力FT相关的转矩传递到转矩传递元件22。参见图3。
第一对接合部分24、25适合于与壳体10中的槽31、32接合，第二对接合部分27、28适合于与环形齿轮16中的凹陷36、37配合。参见图2。
在第一对和第二对接合部分24、25和27、28之间，分别有四个相同的弱区域42a-d，其在转矩传递的过程中受到弯曲应力，因此产生弹性变形。为了测量由弯曲应力导致的这种变形，设置有应变计43，其中之一如图3所示。这些应变计43安装在平坦表面45a-d上，该表面在与环形齿轮16的几何轴线C平行的平面A和B中延伸。在横向方向上，这些平面A和B沿着与环形齿轮16同轴的假想圆的弦线延伸。
合适地，每个应变计43连接在电动工具机载的或者作为固定单元与工具相隔一定距离的操作控制或者监测装置的惠斯通电桥电路内，由此，获得了与转矩相关的信号，用于显示工具的输出转矩。通过将实际信号与表示所需的最终转矩水平的预先确定的设定信号进行比较，可以确定在什么时候输送的输出转矩已经达到了所需的水平或者没有，并且如果需要的话，可以进行自动电动工具关闭。
由于其紧凑的尺寸和简单的设计，根据本发明的转矩感测单元不仅仅适合于，并且是特别适用于电动工具应用。所述环形转矩传递元件22可以通过挤压技术进行合理制造，例如其中对具有所需截面形状的轻合金管形坯块进行挤压，并且通过将该坯块切割成“薄片”以形成分离元件。

Claims (5)

1.一种转矩感测单元，用于具有壳体(10)、旋转电动机(11)和带有环形齿轮(16)的行星减速齿轮(12)的电动工具，该转矩感测单元包括设置在环形齿轮(16)和壳体(10)之间的转矩传递元件(22)，用于将施加在环形齿轮(16)上的反作用转矩传递到壳体(10)上，其中转矩传递元件(22)具有至少一个用于输送电信号的应变传感器(43)，该电信号响应于传递的反作用转矩的大小，
其特征在于，转矩传递元件(22)为环形形状，并且其轴向长度小于其径向尺寸，转矩传递元件(22)被布置为其几何轴线与环形齿轮(16)的几何轴线重合并且包括：
●第一对外部接合部分(24、25)，用于与壳体(10)中的槽(31、32)配合，
●第二对外部接合部分(27、28)，用于与环形齿轮(16)中的凹陷(36、37)配合，所述第一和第二对接合部分(24、25、27、28)互相有角度地隔开，
●至少一对弱变形区域(42a-d)位于所述第一和第二对接合部分(24、25、27、28)之间，并且布置为承受转矩传递元件(22)传递的反作用转矩产生的弯曲应力，其中所述至少一个应变传感器(43)连接至所述变形区域(42a-d)的其中之一。
2.如权利要求1所述的转矩感测单元，其中所述变形区域(42a-d)的每一个都包括平坦表面(45a-d)，该表面在与环形齿轮(16)的几何轴线平行的平面(A、B)内延伸，并且所述至少一个应变传感器(43)包括安装在所述变形区域(42a-d)的至少一个的所述平坦表面(45a-d)上的应变计。
3.如权利要求1或2所述的转矩感测单元，其中所述变形区域(42a-d)的数量是4个，并且分成两对布置，一对变形区域(42a、b)的位置与另外一对变形区域(42c、d)沿直径相对，并且所述两对变形区域(42a-d)相对于彼此以90度有角度地隔开。
4.如权利要求1所述的转矩感测单元，其中所述第一对接合部分(24、25)沿直径彼此相对，所述第二对接合部分(27、28)沿直径彼此相对，且所述第一对接合部分(24、25)以90度与所述第二对接合部分(27、28)有角度地隔开。
5.如权利要求1所述的转矩感测单元，其中，所述转矩传递元件(22)是一个单片体。
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