CN110446586B - 旋拧设备以及手持式旋拧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将转矩施加到螺钉对(12)的旋拧设备，其具有：扁平输出装置(10)，其具有能够与螺钉对可拆卸连接的输出以及手动或机械地通过驱动转矩、特别是经由插入的角齿和/或锥齿(16)而能够加载的驱动；和用于检测在输出侧作用于螺钉对的输出转矩的装置(48)，其中，对应于扁平输出装置并且特别是在扁平输出装置的壳体(30，32)上和/或壳体(30，32)中预设的检测装置形成为，其能够检测作用在斜齿齿轮(38)上的轴向力并且优选地提供用于电子信号分析，其中，斜齿齿轮(38)以转矩传递的方式连接扁平输出装置的输出和驱动。

Description

旋拧设备以及手持式旋拧系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于将转矩施加到螺钉对的旋拧设备。本发明另外还涉及一种手持式的旋拧系统，其具有按照本发明的旋拧设备。

背景技术

现有技术中、特别是工业螺钉驱动技术中已知上述类型的旋拧设备。特别地，在旋拧或装配工作中，由于特殊的空间安装条件而难以实现螺钉对(即，在本发明的上下文中待施加转矩的螺钉)，因此通常使用所谓的扁平输出(Flachabtriebe)。其通常为容纳在平面的壳体中传动单元，该传动单元通常具有在一端设置的驱动和在相对端设置的输出，在该输出上可以以适合的方式可拆卸地安装螺钉对。在扁平输出壳体中的传动在此通常由彼此啮合的并因此能够实现从驱动到输出的转矩专递的布置的齿轮组成，这些齿轮在驱动和输出之间(通常甚至作为配备有相应外齿的齿轮)实现1∶1转换，但是，根据应用领域，这种技术的多种变化和修改是可能且已知的，这些变化和修改通常是公知的并且通常是预先假定的。

然后，如通常提供的那样，在驱动侧手动或机械地将为旋拧操作提供的驱动转矩输入到扁平输出中，从而例如为了产生细长延伸的、扁平的整体布置，这也可以通过实现角齿形或锥齿形的测角器头而实现，即使在使用高质量的扁平输出装置也能够以较好的机械有效系数可靠地、以较小的间隙操作难以接近的螺钉对。

但是，特别是在工业环境中，出于质量保证或出于记录目的，需要检测待施加到螺钉对上的相应旋拧转矩或驱动转矩。在转矩检测装置通常在驱动侧具有预设在扁平输出装置上的螺钉机或者其他转矩生成装置(在简单的情况下为转矩扳手)的情况下，扁平输出的驱动上游设置的转矩检测的驱动潜在地存在问题，并且特别是在具体输入到螺钉对中的转矩(即，扁平输出装置的输出侧)的检测精度方面是不够的。不仅如此，通常已知的预设的转矩测量本身是可以容差的且较不准确，此外在该测量中，只要测量误差和测量公差增加，到螺钉对的整个其他机械传递路径(包括扁平输出装置的转矩-有效系数)以及位于中间的测角器头或类似的角齿的任何(几何上不容忽视的)转矩损失。

因此，作为驱动侧的转矩测量的替代方案，可以想到的是，预设有例如以常规的测量轴扭转轴的形式的扁平输出装置的输出侧的转矩的检测。然而，由于平面驱动器的结构或几何条件还存在额外的、较大花费的问题。由于一般类型的典型扁平驱动器被构造为在最大的能够传递的转矩的条件下具有尽可能小和紧凑设计(这是此类扁平驱动的预期应用)，因此常规的测量轴扭转轴的相应集成是很难甚至不可能的。另外，为了确保可靠的输出侧转矩检测，还存在维护或接线方面的其他要求。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进根据独立权利要求的前序部分所述的用于将转矩施加到螺钉对的旋拧设备，特别是对用于检测在输出侧作用在螺钉对上的输出转矩上的检测装置的测量精度方面的改进，其中，特别是避免了通过所涉及的齿轮部件、转向部件和连接部件所引起可能的测量错误或测量容差，并且实现了一种设备，该设备能够以较小的结构成本制造，由此是成本有益的并且运行可靠的，其中，扁平输出装置的几何紧凑性在不牺牲能够传递的最大转矩的情况下与现有技术的一般状态相比保持完整。

该目的通过具有独立权利要求所述的特征的用于将转矩施加到螺钉对的旋拧设备得以实现；在从属权利要求中描述了本发明的有利扩展方案。在本发明的范围内还额外保护一种手持式拧紧系统，该手持式拧紧系统具有按照本发明的旋拧设备和以螺栓机或类似设备形式的驱动-转矩生成装置，该驱动-转矩生成装置在驱动侧与扁平输出装置连接。

在按照本发明的有利方式中，用于检测在输出侧作用在螺钉对上的输出转矩的装置对应于扁平输出装置，更具体地，其特别是设置在扁平输出装置的(扁平的)壳体上和/或该壳体中。

另外，对应于扁平输出装置的检测装置形成为，其能够检测作用在斜齿齿轮上的轴向力并且优选地将检测到的轴向力提供用于电子信号分析，其中，斜齿齿轮以转矩传递的方式连接扁平输出装置的输出和驱动。在此，术语“轴向力”应该被理解为，根据本发明的以转矩传递的方式连接驱动和输出的斜齿齿轮能够围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线设定了轴向力的轴向方向。在本发明的一个具体机械实现方式中，这意味着，根据本发明使用的齿轮的斜齿齿部(和与其啮合的其他齿轮或齿条或齿部)除了输入到齿轮中的旋转力输入(对应于单纯的平直齿部)外，还额外地产生沿限定的轴向方向作用的力分量，该力分量在齿轮上产生力，该力由驱动和输出之间的纯平面的齿轮连接导出。该力于是相对于按照本发明的检测装置作用，该检测装置将相对于齿轮的力配合沿着轴向方向直接地作用在齿轮的啮合边缘上或者作用在能够旋转地支撑在齿轮上(单独或者一件式支撑在齿轮上)的轴的适宜的轴区段上。

在此，按照本发明扩展地或有利地实现了，形成作为齿轮并因此作为具有齿部的驱动组件的驱动以及输出(同样作为齿轮或具有齿部)相应地关闭，以使得按照本发明的与检测装置共同作用的斜齿齿轮(在必要时借助额外地啮合或链接的齿轮)产生由驱动到输出的转矩连接。替代地并且也包括在本发明中地，还可以想到实现输出组件的齿轮本身作为按照本发明的斜齿齿轮而用于与检测装置相互作用。

通过这两种变型因此可以实现按照本发明的本质优点，即，通过检测装置尽可能靠近扁平输出装置的输出的一侧的按照本发明的转矩检测直接地通过输出组件(输出齿轮)的相应的设计以与检测装置相互作用，或者更优选地通过直接与输出组件相互作用的(啮合的)齿轮(作为按照本发明的斜齿齿轮)的相互作用而实现。

在本发明的优选实现方式中有利的是，与扁平输出的几何基础形状相对于，按照本发明的斜齿齿轮(以及与其啮合的另外的齿轮)这样设置在扁平输出装置的壳体中，各个旋转轴线彼此平行地延伸并且延伸通过扁平输出的平行的扁平侧。因此，斜齿齿轮的旋转轴线(以及与其啮合的其他齿轮的旋转轴线、优选驱动组件和/或输出组件的旋转轴线)相对于扁平输出装置(以及形成扁平输出装置的纵向延伸的壳体的纵向延伸)的纵向延伸垂直。但这并不是必须的，特别是还可以考虑，扁平输出装置(在扁平侧的平面中或与其垂直的平面中)成角度地和/或弯曲地形成。但这也能够实现1∶1的传递比例。

在检测装置的具体实现方式中，其优选地作为压电力传感器或通过应变仪布置而实现。这种布置以紧凑的形式并以高质量的测量结果可以从专门的制造商那里获得，并且对于与设置有斜齿齿轮或集成在扁平输出装置的壳体中的齿轮的轴向力配合的共同作用是结构简单的。

替代地还能够想到，借助液压力传递器将作用在斜齿齿轮上的轴向力传递到扁平输出装置上或扁平输出装置中的其他位置，在该其他位置处液压压力传感器(结构简单、价格便宜，尤其是对于压电传感器而言)可以实现轴向力测量，其中，该液压力传递器是在以齿轮轴上或齿轮轴中实现的液压活塞的形式。在这两种情况下，都能够实现可靠的且具有高测量质量和测量精度的测量信号，而不必像已知的借助测量轴来检测转矩的装置那样，仅需要这种测量轴形式的旋转部件。

本发明用于生成能够电子分析的信号的构造简单性实现了在使用小型化的电子部件的条件下以紧凑和低成本的方式实现了用于标准化外部可读性和/或(优选无线的)信号传输的信号分析和(电子的)接口功能。特别地，在本发明中提供的扩展范围内，用于这种电子接口或信号处理装置的能量供应装置实现了这种无线的、自给自足的以及相应灵活的功能性，其中，除了用于电能供应的电池解决方案之外，还可以额外地考虑发电机解决方案，这有利地将所涉及的齿轮箱部件在按照本发明的拧紧设备的条件下出现的旋转运动以其他已知的方式将该机械运动能量转换成用于所述功能性的电能。由此可以实现与电池或其他有线能源无关的优势。

因此，通过本发明能够以更加简单并且结构有益的方式扩展使用扁平输出装置的旋拧设备，从而可以对在输出侧作用于螺钉对的输出转矩的确定提供与齿轮和机械传递条件无关的、可靠的测量值，而无需复杂且高成本的措施。因此，本发明为工业安装以及旋拧操作提供了驱动侧转矩的可靠的测量值检测，在工业安装以及旋拧操作中目前存在由于质量限制和记录限制所导致的对于精确的测量值采集和记录的需求，并且按照本发明的技术可以在未来延伸到个人或兴趣领域的应用。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节可由以下优选实施例的描述以及借助附图得出。其中，

图1：根据本发明的一个优选实施例的按照本发明的手持式旋拧系统的立体视图；

图2示出了设置在根据本发明的扁平输出装置(在移除了壳体的情况下)上游的角头(Winkelkopf)的示意性侧视图；

图3示出了类似于具有实现扁平输出装置的齿轮的顺序的图2的细节图；

图4示出了图3的布置的纵向剖视图，但额外地具有扁平输出壳体的包围齿轮的壳体半部；

图5，图6示出了根据图2、图3的齿轮的布置的立体视图，其中，图5在分解图中示出了相对于检测装置用于转矩检测的齿轮，并且图6的图示示出了安装后的布置；

图7示出了处于安装状态下作为压力或力传感器形成的检测装置的细节图；和

图8示出了在压力或力传感器的组装状态下用于转矩检测的斜齿齿轮的详细剖视图，作为图4的图示的详细视图。

具体实施方式

图1以立体图示出了根据本发明的第一种实施例的用于将转矩施加到螺钉对的旋拧设备，其具有容纳在壳体30、32中扁平输出装置10，其一端(输出侧)与作为(作为不属于本发明的)螺钉对的螺钉12共同作用而驱动合适的旋拧工具14。在驱动侧，即，在扁平输出装置的输出的相对端，它们通过具有一对锥齿齿轮的测角器头16与能够手动操作的旋拧工具18，该旋拧工具18作为能够购买到的工具且由不同的工具制造商提供的工具将经发动机(例如电动或气动)施加转矩，经由组件16以直角偏转地输入到扁平输出装置10中，该扁平输出装置10以下面描述的方式将该驱动传递至工具28，以对连接元件12进行旋拧操作。

特别地，参考图2至图4的侧视图和纵向剖视图，描述了所示的旋拧设备中的扁平输出装置的机械实现和功能性。显然，在驱动侧上，在扁平输出装置上形成有以第一斜齿齿轮形式的驱动组件20，其以传递转矩的方式(图2)与测角器头16连接，并且在其中(图3，图4)可以经一件式的相邻法兰部分22引入驱动力矩。

在扁平输出装置10的另一端(输出侧)，再次以斜齿齿轮形式提供输出组件24，该输出组件24经由方头或工具部分26传递由扁平输出装置施加的输出转矩(图3，图4)并且将与其能够旋转固定连接的驱动套筒28(图2)传递到螺钉上。

在驱动组件20和输出组件24之间，位于中间的、各个斜齿齿轮34、36、38的啮合顺序这样设置，使得在驱动组件20和输出组件24在此实现传动比1：1，其中，驱动组件20和输出组件24彼此轴向平行地以能够旋转的方式支撑在由半壳30、32形成的壳体中；类似这两个组件，位于中间的齿轮34至38分别轴平行并且沿着壳体30、32的纵向延伸以能够旋转的方式设置在壳体30、32中。

在用于手动旋拧操作的典型实施方式中，这类扁平输出装置设置和适用于传递大约200Nm的最大转矩；这类斜齿的设备的常规的有效系数根据齿轮的润滑调节和精细设计在约80％至90％之间(即，在24处的输出侧的转矩相对于在20处的驱动侧的转矩的比率)

图2至图4的侧视图和截面图示出，在输出组件24处直接相邻(并且与输出组件啮合的)齿轮38上设置有检测装置，该检测装置检测作用在齿轮38上的轴向力(即，沿齿轮的旋转轴线并且相应地垂直于壳体30、32的纵向延伸方向并通过旋转加载的斜齿合的作用产生的力)。

更具体地，并且另外参考图5至8的细节图和分解图，齿轮38在轴向一端对应力传感器48，其中，齿轮38轴向两端具有一件式相邻的轴区段40、42(并分别经由盘环44或46形成到相应的壳体32或30)，力传感器48经由传感器侧的轴承/盘组件50接受齿轮38的轴向力(即，沿着图8的图像平面中的轴线52向上)并且在轴向另一端由传感器盖54支撑，该传感器盖54又通过示出的螺纹连接固定到上盖壳30上。

通过压缩弹簧56，齿轮38经由滑动轴承组件60加载有轴向的预应力(对应于传递到力传感器48)，其中该压缩弹簧56通过与壳半部32旋紧的盖组件58支撑。通过压缩弹簧56的相应设计，使得例如设计作为压电传感器的传感器48相对于期望的工作点被预张紧。在待由所示出的实施例的扁平输出装置10传递约220Nm的转矩的一个具体的实现方式中，由力传感器48接受的力可以为3000N或更大。典型的、可商购的力传感器来自例如Kistler AG(CH-Winterthur)，在所示的实施例中，型号为Slimline，通常具有12mm的最大外径。

特别地，图5的分解透视图示出了：与安装状态(图6、图7、图8)的直接比较所涉及的部件，其中，在这种情况下，力传感器48的电缆端子62以其他常规和已知的方式用于为后续的提供和分析而提供的转矩-检测信号。图6和7示出了盖54被移除的布置。

在较宽的操作范围(转矩范围)上的操作测试表明，由力传感器48生成的力测量信号(作为信号电压)显示出相对于施加到齿轮38的转矩的几乎理想的比例(并因此实际上是线性信号特性)。此外，由于在所示出的示例性实施例中，齿轮38直接与输出组件的外齿部(其继而直接将用于旋拧目的的输出转矩输入到螺钉对中)，因此可以在用于实现按照本发明的转矩配对的损失可忽略不计的条件下，将力传感器信号以非常精确地、抗干扰地和可再现的方式以实际的输出侧的转矩比例传递至扁平输出装置。另外，显然这实际上是在扁平输出装置10或壳体30、32没有明显的空间或体积增加的情况下进行的，从而本发明将测量技术方面的优点与结构空间要求的尽可能的紧凑性和最小化相结合。

Claims (16)

1.一种用于将转矩施加到螺钉对(12)上的旋拧设备，其具有：

扁平输出装置(10)，所述扁平输出装置(10)具有与所述螺钉对能够拆卸地连接的输出和手动地或机械地通过驱动转矩的驱动，和

用于检测在输出侧作用于所述螺钉对的输出转矩的装置，

其特征在于，

对应于所述扁平输出装置的检测装置形成为，

其能够检测作用在斜齿齿轮(38)上的轴向力并且提供用于电子信号分析，其中，所述斜齿齿轮(38)以转矩传递的方式连接所述扁平输出装置的输出和驱动，

所述扁平输出装置具有位于驱动组件(20)和输出组件(24)之间的所述斜齿齿轮(38)，或者所述斜齿齿轮实现所述输出组件，其中，所述驱动组件(20)具有齿部、形成所述驱动，而所述输出组件(24)具有齿部、形成所述输出。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动能够经由插入的角齿和/或锥齿(16)加载。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置在所述扁平输出装置的壳体(30，32)上和/或壳体(30，32)中预设。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述驱动组件和所述输出组件之间预设有通过所述斜齿齿轮(38)形成在所述驱动和所述输出之间的传动机构配置的多个齿轮(34，36，38)，其中，所述斜齿齿轮以与所述输出组件(24)啮合的方式预设。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述斜齿齿轮(38)以围绕旋转轴线(52)能够旋转的方式安装，所述旋转轴线(52)相对于所述扁平输出装置的纵向轴线成>45°的角度，

其中，所述检测装置通过形成所述旋转轴线的齿轮轴(40，42)的作用和/或在边缘侧所述斜齿齿轮的齿部的作用检测轴向力。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述旋转轴线(52)相对于所述扁平输出装置的纵向轴线成90°的角度。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置以力配合的方式形成作为所述斜齿齿轮(38)并形成轴向相邻的对应的压力和/或力传感器装置(48)，所述压力和/或力传感器装置(48)支撑在所述扁平输出装置的壳体侧和/或扁平侧上。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述压力和/或力传感器装置作为压电力传感器或通过应变仪实现。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置具有用于检测到的信号的信号传输的装置，所述检测到的信号对应于所检测到的输出转矩。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置具有用于检测到的信号的无线信号传输的装置，所述检测到的信号对应于所检测到的输出转矩。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置具有用于将所述轴向力转变为流体压力的液压或气动装置，其设置在实现所述斜齿齿轮的旋转轴线的齿轮轴上或所述齿轮轴中并且形成与流体压力传感器的流体连接，所述流体压力传感器对应于所述扁平输出装置的壳体。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述流体压力传感器设置在所述壳体上或所述壳体中。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置具有电子的接口和/或信号处理装置和电能供应装置。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述电能供应装置实现作为发电机装置，所述发电机装置与移动的所述扁平输出装置的构件相互作用。

15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述电能供应装置实现作为发电机装置，所述发电机装置与旋转的所述扁平输出装置的构件相互作用。

16.一种手持式旋拧系统，其具有根据权利要求1至15中任一项所述的旋拧设备以及在驱动侧与所述扁平输出装置连接的输出-转矩生成装置(18)。

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