CN110636921B - 电脉冲工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电脉冲工具(10)和电脉冲工具(10)中实现明确限定脉冲的方法。该目的通过电脉冲工具(10)来实现，其中，扭矩以脉冲形式在电脉冲工具(10)的输出轴(14)上传递。电脉冲工具(10)包括具有转子(12)的电动机(11)和适于驱动输出轴(14)的齿轮装置(13)。由此，用于每个周期的电脉冲工具(10)可操作为控制转子(12)的速度，直到确定齿轮装置(13)中的齿隙关闭，并且齿轮装置开始移动输出轴。

Description

电脉冲工具
技术领域
本发明涉及电脉冲工具和电脉冲工具中的方法。具体地，本发明涉及一种用于执行拧紧操作的电脉冲工具，在该操作中，扭矩以脉冲形式传递从而例如拧紧和/或松开螺纹接头。
背景技术
用于紧固螺栓、螺钉和螺母的电动工具被用于许多不同的应用中。在一些这样的应用中，期望或甚至需要能够控制夹紧力或控制至少相关的扭矩。通常控制这样的电动工具以旋转电动工具的输出轴从而测量扭矩。当扭矩达到预定值时，控制电动工具以停止输出轴的旋转。例如，这可以通过切断工具的动力来实现，或者可以通过使离合器滑动来实现。
在操作电动工具特别是手持式电动工具时遇到的问题是，操作者承受反作用力。减小传递到操作者的反作用力的一种方法是使用脉冲式电动机，该脉冲式电动机被供应一系列能量脉冲，从而以脉冲方式驱动电动机。能量通常可以作为电流脉冲提供。因此，可以减小操作者需要应对的反作用力。
美国专利第6,680,595号描述了一种用于紧固螺钉的控制方法和紧固装置。紧固装置被控制以输出脉冲增加的扭矩。确定实际扭矩，并在实际扭矩达到目标值时停止电动机。通过将脉冲电流供应到紧固装置的电动机来产生脉冲增加的扭矩。
同样，美国专利第7,770,658号描述了一种用于紧固螺钉的控制方法和紧固装置。确定实际扭矩，并在实际扭矩达到目标值时停止电动机。此外，当实际扭矩达到设定值时，由紧固装置传递的扭矩减小。通过将脉冲电流供应到紧固装置的电动机来产生脉冲扭矩。
人们一直希望改善动力辅助紧固工具的操作。例如，脉冲不是明确限定的。与未限定的脉冲相关的一个问题是达到例如目标扭矩所需的脉冲数扩大。
因此，需要一种改进的脉冲紧固方法和电脉冲工具。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的电脉冲工具，其中脉冲被更清楚地限定。根据本发明的第一方面，该目的通过这样的电脉冲工具实现，其中，以脉冲形式在电脉冲工具的输出轴上传递扭矩。电脉冲工具包括具有转子的电动机和适于驱动输出轴的齿轮装置。由此，用于每个周期的电脉冲工具可操作为控制转子的速度，直到确定齿轮装置中的齿隙(play)关闭，并且齿轮装置开始移动输出轴。
本发明的示例性实施方案的优点在于，可以实现每个脉冲的已知动能，并且因此可以实现更多地限定的脉冲。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
-图1示出了穿过动力工具的纵向截面。
具体实施方式
诸如螺母扳手或螺丝刀之类的常规动力工具通常设有传感器，例如角度编码器和/或扭矩计，这使得可以控制所执行的工作操作的质量，例如接头的拧紧。
此外，特别是对于手持式动力工具，重要在于，操作者受到的反作用力应尽可能低，并且完成特定的拧紧操作的时间应尽可能短。操作者可能在工作周期内执行数百次拧紧操作，因此重要的是，这些操作既要符合人体工程学，以确保操作者的健康，又要提高工作站的生产率。符合人体工程学的拧紧操作通常意味着反作用力应尽可能低。
图1示出了根据本发明的实施方案的电脉冲工具10的示例性实施方案。工具10配置成执行拧紧操作，其中以一系列脉冲传递扭矩以拧紧螺纹接头，或执行涉及由工具10执行的旋转动作的类似动作。为此，脉冲工具包括具有转子12和定子21的电动机11。电动机11设置成沿两个相反的旋转方向旋转，即顺时针方向和逆时针方向。
工具10进一步包括手柄22，在所示实施方案中该手柄为手枪式的。然而，本发明不限于这种构造，而是可以应用于任何类型的电脉冲工具，并且不限于图1的设计。电源24连接至电动机11。在所示的实施方案中，电源是可以设置在手柄下部的电池。还可以设想其他类型的电源，例如经由电缆向工具10供电的外部电源。工具10进一步可以包括触发器23，触发器23设置成由操作者操纵以控制电动机11 的动力。在一些实施方案中，工具10连接到外部控制单元(未示出)。外部控制单元可以向工具10提供电能。控制单元还可以设置成向工具 10发送信号或从工具10接收信号，以控制工具。此外，工具包括输出轴14。
本发明应用于电脉冲工具中，其中输出轴14通过齿轮装置13连接到转子12。
电脉冲工具10进一步包括设置成控制电动机11的处理器16。电脉冲工具10还包括存储器26，该存储器26包含可由处理器16执行的指令。处理器16是中央处理器、CPU、微控制器、数字信号处理器、 DSP或能够执行计算机程序代码的任何其他合适类型的处理器。存储器26是随机存取存储器、RAM、只读存储器、ROM或永久性存储器，例如，磁性存储器、光学存储器或固态存储器或甚至远程安装存储器中的单个或组合。
根据一个实施方案，传感器25设置在输出轴14上。可替代地，传感器25可以位于齿轮装置13上。然而，传感器25可以位于电脉冲工具10中的其他位置。根据本发明的一个示例性实施方案，传感器25 是扭矩传感器25。根据本发明的另一个示例性实施方案，传感器25是位置传感器25。
在根据现有技术的电脉冲工具中，通过在固定时间内向动力工具中的电动机施加固定电流来产生脉冲。这种方法的问题是脉冲不能明确限定。与未限定脉冲相关的一个问题是达到例如目标扭矩所需的脉冲数扩展。
然而，发明人已经意识到，可以通过控制转子12的速度，直到确定齿轮装置13中的齿隙(play)关闭并且齿轮装置开始移动输出轴14，来获得明确限定的脉冲。该方法的优点是可以实现每个脉冲的已知动能。
因此，根据一个方面的本发明涉及一种电脉冲工具10，其中，扭矩以脉冲的形式传递到电脉冲工具10的输出轴14上。如上所述，电脉冲工具10包括具有转子12的电动机11和适于驱动输出轴14的齿轮装置13。此外，用于每个周期的电脉冲工具10可操作为控制转子12的速度，直到确定齿轮装置13中的齿隙关闭并且齿轮装置开始移动输出轴14。
在电脉冲工具10的示例性实施方案中，齿轮装置13包括单独的齿隙单元(未示出)。在电脉冲工具10的另一示例性实施方案中，齿隙单元与齿轮装置13分离。该齿隙单元的目的是向齿轮装置13增加齿隙。利用单独齿隙单元的优点在于齿隙量可以选择。如果在齿隙单元中选择更大的齿隙，则在确定齿轮装置13中的齿隙关闭之前，将有更多的时间来控制速度。
在电脉冲工具10的一个示例性实施方案中，控制速度，使得在关闭齿隙之前达到预定速度。因此，在该示例性实施方案中，在转子中建立起对应于预定速度的一定量的动能。然后将这个已知量的动能卸载到接头上。
根据一个示例性实施方案，通过在预定的电流接通时间间隔期间向电动机11提供电流脉冲来控制速度。通过在预定的电流接通时间间隔期间向电动机11提供电流脉冲，可以达到一定的已知速度。根据一个示例性实施方案，这基于电流和速度如何相互关联的先前经验。如果在选定的电流时间间隔内未达到所需的速度，则可以在接下来的周期内调整电流时间间隔，以达到所需的速度。根据另一示例性实施方案，不断地测量速度并且控制电流供应，以便达到所需的速度。根据另一示例性实施方案，不断地测量速度并且控制电流供应，以便达到并保持所需的速度。
根据电脉冲工具10的一个示例性实施方案，当转子12的速度充分降低时，确定齿轮装置13中的齿隙关闭。因此，在该示例性实施方案中，速度用于确定何时关闭了齿轮装置13中的齿隙。这背后的原理是，当齿轮装置13中的齿隙关闭时，齿轮装置开始移动输出轴14，这将导致转子12的速度足够降低。
在电脉冲工具10的另一示例性实施方案中，当由扭矩传感器感测到的扭矩增加时，确定齿轮装置13中的齿隙关闭。这背后的原理是，当齿轮装置13中的齿隙关闭时，齿轮装置开始移动输出轴14，这将导致扭矩增加。
在电脉冲工具10的另一示例性实施方案中，当提供给电动机的电流增加时，确定齿轮装置13中的齿隙关闭。这背后的原理是，当齿轮装置13中的齿隙关闭时，齿轮装置开始移动输出轴14，这将导致电流增加。
在根据本发明的电脉冲工具的又一示例性实施方案中，电脉冲工具还可操作为重复所述周期，直到达到与螺纹接头的拧紧相关的参数值。在根据本发明的电脉冲工具的示例性实施方案中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为扭矩。在根据本发明的电脉冲工具的又一示例性实施方案中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为角度。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序在电脉冲工具10中运行时，其使电脉冲工具10如上所述地操作。
根据一个示例性实施方案，当在电脉冲工具10的处理器16中运行上述计算机程序代码时，其使电脉冲工具10如上所述地操作。
因此，根据一个示例性实施方案，电脉冲工具10包括处理器16 和包含处理器16可执行的指令的存储器26，由此用于每个周期的电脉冲工具10可操作为控制转子12的速度，直到确定齿轮装置13中的齿隙关闭，并且齿轮装置开始移动输出轴14。此外，在电脉冲工具10 包括处理器16和存储器26的实施方案中，该存储器26包含处理器16 可执行的指令，根据上述示例性实施方案，用于每个周期的电脉冲工具10是可操作的。
本发明还涉及根据上述示例性实施方案的在电脉冲工具10中执行的用于执行拧紧操作的方法。如在上述示例性实施方案中那样，扭矩以脉冲形式传递以紧固螺纹接头。如上所述，电脉冲工具10包括电动机11，电动机11具有转子12和适于驱动输出轴14的齿轮装置13。
其中，用于每个周期的方法包括以下步骤：控制转子12的速度，直到确定齿轮装置13中的齿隙关闭，并且齿轮装置开始移动输出轴14。
根据该方法的一个示例性实施方案，控制速度，使得在关闭齿隙之前达到预定速度。根据另一示例性实施方案，通过在预定的电流接通时间间隔期间向电动机11提供电流脉冲来控制速度。
在该方法的示例性实施方案中，当转子12的速度降低时，确定齿轮装置13中的齿隙关闭。根据另一示例性实施方案，当由扭矩传感器感测到的扭矩增加时，确定齿轮装置13中的齿隙关闭。
在该方法的示例性实施方案中，电脉冲工具10包括位置传感器 25，该位置传感器25设置成确定转子的位置变化，并且其中，基于确定的转子位置变化来确定速度。
在该方法的另一示例性实施方案中，电脉冲工具10进一步可操作为重复所述周期，直到达到与拧紧螺纹接头相关的参数值。在该方法的另一示例性实施方案中，电脉冲工具10与拧紧螺纹接头相关的参数值为扭矩。在该方法的又一示例性实施方案中，电脉冲工具10与螺纹接头的拧紧相关的参数值为角度。
在示例性实施方案中，提供给电动机的脉冲能量被描述为受控脉冲电流。然而，可以设想，基于电流以外的其他一些参数来控制脉冲能量。因此，本文使用的术语(电流)脉冲还包括除电流控制脉冲以外的其他类型的能量脉冲，例如电动机速度控制脉冲、电压控制脉冲等。

Claims (12)

1.一种电脉冲工具(10)，其中，扭矩以脉冲形式在电脉冲工具(10)的输出轴(14)上传递，所述电脉冲工具(10)包括具有转子(12)的电动机(11)和适于驱动输出轴(14)的齿轮装置(13)；其中电脉冲工具(10)能够操作为：
-控制转子(12)的速度，其中，所述速度控制为使得当所述齿轮装置开始移动输出轴(14)时达到预定速度，从而达到对于每个脉冲的已知动能，其中所述电脉冲工具进一步包括位置传感器(25)，所述位置传感器(25)设置为确定所述转子(12)的位置变化，并且其中，基于所确定的所述转子(12)的位置变化来确定所述速度。
2.根据权利要求1所述的电脉冲工具(10)，其中，当所述转子(12)的速度充分降低时，确定所述齿轮装置开始移动所述输出轴。
3.根据权利要求1所述的电脉冲工具(10)，其中，当由扭矩传感器感测到的扭矩增加时，确定齿轮装置开始移动所述输出轴(14)。
4.根据权利要求1所述的电脉冲工具(10)，其中，当提供给所述电动机的电流增加时，确定所述齿轮装置开始移动所述输出轴。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电脉冲工具(10)，其中，所述电脉冲工具(10)进一步能够操作为重复提供脉冲，直到达到与螺纹接头的拧紧相关的参数值。
6.根据权利要求5所述的电脉冲工具(10)，其中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为扭矩。
7.根据权利要求5所述的电脉冲工具(10)，其中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为角度。
8.一种在电脉冲工具(10)中执行的用于执行拧紧操作的方法，其中，扭矩以脉冲形式在电脉冲工具(10)的输出轴(14)上传递，所述电脉冲工具(10)包括具有转子(12)的电动机(11)和适于驱动输出轴(14)的齿轮装置(13)；其中，所述方法包括以下步骤：
-控制转子(12)的速度，其中，所述速度控制为使得当所述齿轮装置开始移动输出轴(14)时达到预定速度，从而达到对于每个脉冲的已知动能，其中，基于所确定的所述转子的位置变化来确定所述速度。
9.根据权利要求8所述的在电脉冲工具(10)中执行的用于执行拧紧操作的方法，其中，所述电脉冲工具(10)进一步能够操作为重复提供脉冲，直到达到与螺纹接头的拧紧相关的参数值。
10.根据权利要求9所述的在电脉冲工具(10)中执行的用于执行拧紧操作的方法，其中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为扭矩。
11.根据权利要求9所述的在电脉冲工具(10)中执行的用于执行拧紧操作的方法，其中，与螺纹接头的拧紧相关的参数值为角度。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序在电脉冲工具(10)中运行时使所述电脉冲工具(10)执行根据权利要求8至11中任一项所述的方法。
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