CN116038614A - 具有扭矩传感器的电动式手持工具和认证系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动式手持工具，该电动式手持工具包括：驱动单元，驱动单元用于驱动电动式手持工具的轴并且构造成经由该轴驱动电动式手持工具的承窝或能够连接至电动式手持工具的承窝；扭矩传感器，扭矩传感器用于测量经由驱动单元施加至轴的扭矩；控制单元，控制单元用于控制驱动单元以将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；以及发射器，发射器用于将数据从电动式手持工具传输至外部存储器，该数据包括最终扭矩值。本发明还涉及一种提供扭矩值的可追踪记录和对应证书的发放的方法。

Description

具有扭矩传感器的电动式手持工具和认证系统
技术领域
本发明涉及具有扭矩传感器的电动式手持工具、相关的认证系统和方法。
背景技术
车辆中比如用以附接车轮的螺母或螺栓的扭矩调节目前是由车间机械师用机械扭矩扳手手动完成的。相应的最大扭矩主要是经由机械滑动离合器或气动压力来设定的。这样做的缺点是，不可能验证是否使用了正确的扭矩。换句话说，没有实际应用的相应的扭矩值的可追踪记录。
然而，安全法规要求精确地设定单独指定的扭矩，这取决于车辆类型和相应的轮辋类型。目前，例如在有疑问的情况下，汽车修理店不可能证明已经应用了正确的设定。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点中的至少一些缺点。
该目的通过根据权利要求1的电动式手持工具来实现。
根据本发明的电动式手持工具包括：驱动单元，驱动单元用于驱动电动式手持工具的轴并且构造成经由轴驱动电动式手持工具的承窝或能够连接至电动式手持工具的承窝；扭矩传感器，扭矩传感器用于测量经由驱动单元施加至轴的扭矩；控制单元，控制单元用于控制驱动单元以将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；以及发射器，发射器用于将数据从电动式手持工具传输至外部存储器，该数据包括最终扭矩值。根据本发明的电动式手持工具可以是冲击扳手或螺丝刀。控制单元可以确定施加至轴的最终测量的扭矩值，并且可以控制发射器将最终施加的扭矩值传输至外部存储器。将扭矩值限制成预定值可以提供低于预定值或高于预定值的最终扭矩值。因此，预定值可以分别是最大扭矩值或最小扭矩值。
承窝可以是电动式手持工具的一部分，或者能够连接至电动式手持工具。承窝可以接纳紧固元件比如螺母、螺栓或螺钉，(例如在冲击扳手或螺丝刀的情况下)，该紧固元件可以被驱动并且固定至物体。控制单元接收来自扭矩传感器的测量信号，并且控制驱动单元通过增加扭矩来调节施加的扭矩值，直到该扭矩值处于用于当前紧固过程的预定值周围的预限定的公差范围内。该预定值和/或公差范围可以储存在电动式手持工具的存储器中。例如，公差范围可以是预定的扭矩值的10％或更小、优选地例如是预定的扭矩值的5％或更小。
在根据本发明的电动式手持工具的改进方案中，扭矩传感器可以包括磁致伸缩式扭矩传感器或应变计。
磁致伸缩式扭矩传感器具有在不同的环境中提供可靠且可重复的测量的优点。
在进一步的改进方案中，磁致伸缩式扭矩传感器可以包括轴的磁化部分以及用于检测轴的外部的磁场变化的磁场传感器。轴可以是实心轴或空心轴。
在该改进方案中，从动轴被磁化并且磁场被设置在磁化部分附近，以确定在施加扭矩时的磁场变化，该扭矩导致轴的扭转，并且从而在磁场传感器的位置处由于逆磁致伸缩效应而产生磁场变化。轴的磁化可以在电动式手持工具的制造期间被提供，并且与施加的扭矩相关的磁场传感器信号的校准可以储存在传感器的存储器中。
根据另一改进方案，磁致伸缩式扭矩传感器可以包括盘的磁化部分、比如盘的辐条以及用于检测盘的外部的磁场变化的磁场传感器。盘可以是轮状的、在盘的内部与外部之间具有辐条。
在该改进方案中，轴可以连接至盘的中央部分，并且承窝可以连接至盘的外部部分。因此，当轴被驱动时，盘受到应力，并且盘的磁化部分在磁场传感器的位置处经由逆磁致伸缩效应产生磁场变化。特别地，盘可以具有连接盘的内部部分和外部部分的辐条，并且一个或更多个辐条可以被磁化。盘的磁化可以在电动式手持工具的制造期间被提供，并且磁场传感器信号的与施加的扭矩相关的校准可以储存在传感器的存储器中。
根据另一改进方案，电动式手持工具还可以包括能够与壳体分离的附加模块，并且该附加模块包括轴的延伸部分，其中，扭矩传感器设置在附加模块中。
在该改进方案中，附加模块是可以在需要扭矩测量和/或在需要认证(参见下文)时使用的独立的部件。附加模块可以在该模块的一侧连接至轴，并且在该模块的相反侧连接至承窝。从动轴继而可以驱动模块的轴的延伸部分。
在另一改进方案中，电动式手持工具还可以包括选自具有以下各者的组中的至少一者：用于确定电动式手持工具的地理位置的单元；用于确定扭矩施加的当前时间和/或持续时间的时钟单元；用于确定轴的旋转数目或旋转角度、特别是在已经达到最小扭矩值之后确定轴的旋转数目或旋转角度的单元；用于确定通过电动式手持工具紧固有紧固元件、比如螺栓或螺母的物体的物体数据的单元；以及用于确定紧固元件的类型和/或材料的单元。
这具有的优点在于，可以记录电动式手持工具的精确位置和/或当前时间和/或持续时间和/或紧固有紧固元件的物体的物体数据和/或紧固元件的类型和/或材料，每一者都与当前紧固过程相关。
这可以进一步改进的是，用于确定物体数据的单元和/或用于确定紧固元件的类型和/或材料的单元可以包括扫描单元，扫描单元用于扫描来自物体和/或紧固元件的一个或更多个标签、比如条形码或QR码，特别地用于确定和设定预定的扭矩值和/或公差范围。扫描单元可以是用于确定物体数据的单元和用于确定紧固元件的类型和/或材料的单元两者所共用的。
根据另一改进方案，物体可以是车辆或者车辆的车轮，并且物体数据可以包括车辆识别数据、车轮数据比如车轮的轮辋数据以及预限定的扭矩值中的至少一者，或者物体可以是组装部件、比如玻璃元件或建筑面板，并且物体数据可以包括作为预定的扭矩值的最小扭矩值。
在进一步的改进方案中，电动式手持工具可以包括用于储存测量数据、比如上述数据或值的存储单元。
根据另一改进方案，传输的数据还可以包括由单元(i)至单元(v)中的一者或更多者获得或确定的数据。数据、比如上述数据或值可以因此被传输至外部存储器(文档装置)以用于进一步处理。数据可以(使用例如蓝牙、Wifi、移动网络)无线地传输或者经由有线连接传输。
本发明还提供了一种认证系统，该认证系统包括根据该改进方案的电动式手持工具以及文档装置，该文档装置包括用于接收测量数据的接收器和用于储存测量数据的存储器。
在认证系统的改进方案中，文档装置配置成生成包括测量数据中的一者或更多者的数字或印刷证书，特别地用于证明测量数据符合相应的安全标准。
本发明还提供了一种认证方法，该认证方法包括以下步骤：驱动电动式手持工具的轴，并且经由该轴驱动连接至电动式手持工具的承窝，并且驱动接纳在承窝中的紧固元件；通过扭矩传感器测量经由驱动单元施加至轴的扭矩；将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；将包括施加至紧固元件的最终扭矩值的数据从电动式手持工具传输至文档装置；以及通过文档装置生成包括最终扭矩值的数字或印刷证书。
因此，本发明提供了扭矩值的可追踪记录和对应证书的发放。
在认证方法的改进方案中，执行了以下其他步骤：确定关于电动式手持工具的地理位置、扭矩施加的当前时间和/或持续时间、轴的旋转数目或旋转角度、通过电动式手持工具紧固有紧固元件比如螺栓或螺母的物体的物体数据、紧固元件的类型和/或材料中的至少一者的数据；将所确定的数据传输至文档装置；以及生成包括所传输的数据的数字或印刷证书。
下文将借助于附图对本发明的其他特征和示例性实施方式以及优点进行更详细的说明。明显的是，这些实施方式没有详尽地阐述本发明的领域。还明显的是，下面描述的特征中的一些特征或全部特征也可以以不同的方式相互组合。
附图说明
图1示出了根据本发明的电动式手持工具的第一实施方式。
图2示出了根据本发明的电动式手持工具的第二实施方式。
图3示出了适用于第一实施方式和第二实施方式的根据本发明的电动式手持工具的其他细节。
图4示出了根据本发明的认证系统的实施方式。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电动式手持工具100的第一实施方式。
电动式手持工具100包括驱动单元(电动马达)10，驱动单元10用于驱动电动式手持工具100的轴20，并且驱动单元10构造成经由轴20驱动能够连接至电动式手持工具100的承窝30。电动式手持工具100还具有：扭矩传感器40，扭矩传感器40用于测量经由驱动单元10施加至轴20的扭矩；和控制单元50，控制单元50用于控制驱动单元10以将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；以及发射器65，发射器65用于将数据从电动式手持工具传输至外部存储器，该数据包括最终扭矩值。电动式手持工具100可以是冲击扳手或螺丝刀。控制单元50确定施加至轴20的最终测量的扭矩值并且控制发射器65将最终施加的扭矩值传输至外部存储器。
在该实施方式中，电动式手持工具100具有附接至壳体90的用以向驱动单元10供应电能的可再充电电池单元91。在该示例中，电池单元91附接至壳体90的手抓持部92。
承窝30可以接纳紧固元件31比如螺母、螺栓或螺钉，紧固元件31可以被驱动并且固定至物体。控制单元50接收来自磁致伸缩式扭矩传感器40的测量信号并且控制驱动单元10通过增加扭矩来调节施加的扭矩值，直到扭矩值处于用于当前紧固过程的预定值周围的预限定的公差范围内。预定值和/或公差范围储存在电动式手持工具100的存储器51中。
在该实施方式中，扭矩传感器40可以是磁致伸缩式扭矩传感器，并且扭矩传感器40包括轴20的磁化部分41和用于检测轴20外部的磁场变化的磁场传感器42。然而，扭矩传感器40可以替代性地包括应变计。
从动轴20被磁化并且磁场传感器42被设置在磁化部分41附近，以确定在施加扭矩时的磁场变化，该扭矩导致轴20的扭转，并且从而在磁场传感器的位置处由于逆磁致伸缩效应而产生磁场变化。轴20的磁化可以在电动式手持工具100的制造期间被提供，并且磁场传感器信号的与施加的扭矩相关的的校准可以储存在传感器的存储器中。
例如在EP 3 050 790 B1中描述了基于逆磁致伸缩效应的原理的扭矩传感器。磁化的轴(作为初级传感器部件)根据施加的扭矩在轴的外部产生磁场，该磁场可以通过磁场传感器(作为次级传感器部件)非接触式地检测。磁场变化通常与施加的扭矩成正比。在扭矩传感器的制造阶段期间执行对应的一次性校准，以将磁场变化与施加的扭矩相关联。
在欧洲专利申请No.21 183 622.6中描述了基于逆磁致伸缩效应的其他扭矩传感器。这些扭矩传感器包括盘，该盘包括磁致伸缩的、预磁化的或可磁化的材料；和磁场传感器装置；其中，绕盘的旋转轴线作用的扭矩可以施加至盘并且磁致伸缩材料被设计成在盘的外部产生磁场，该磁场可以根据作用扭矩而变化；其中，磁场传感器装置设计成基于由磁致伸缩材料产生的磁场来输出信号；并且其中，扭矩传感器配置成基于输出信号来确定作用扭矩的值。用作力传递元件的盘用于通过对盘的至少一部分进行预磁化来测量施加的扭矩。特别地，盘可以具有连接盘的内部部分和外部部分的辐条，并且一个或更多个辐条可以被磁化。以这种方式，盘而不是其上可以安置盘的轴被用作初级传感器。
图2示出了根据本发明的电动式手持工具200的第二实施方式。
除了设置有可以与电动式手持工具200的壳体90分离的附加模块95并且附加模块95包括轴20的延伸部分21之外，根据第二实施方式的电动式手持工具200与根据图1的第一实施方式的电动式手持工具100类似，并且其中，磁致伸缩式扭矩传感器40设置在附加模块中。当附加模块95与壳体90的连接建立时，轴20的延伸部分21和轴20彼此接合。
附加模块95是仅在需要扭矩测量和/或在需要对施加的扭矩进行认证时才可以使用的独立的部件。附加模块95可以在模块95的一侧连接至轴20，并且在模块95的相反侧连接至承窝30。从动轴20继而驱动模块95的轴20的延伸部分21。
图3示出了根据本发明的电动式手持工具300的其他细节。
电动式手持工具300包括连接至控制单元50的以下元件中的一个或更多个元件：
-扫描单元60，扫描单元60用于扫描来自物体的一个或更多个标签、比如条形码或QR码，特别地，用于确定和设定预定的扭矩值和/或扭矩值的公差范围，以及/或者用于确定通过电动式手持工具紧固有紧固元件、比如螺栓或螺母的物体的物体数据，以及/或者用于确定紧固元件的类型和/或材料、和/或车辆识别数据、车轮数据比如车轮的轮辋数据中的至少一者，
-用于确定地理位置的单元61、比如GPS模块，
-用于确定扭矩施加的当前时间和/或持续时间的时钟62，
-用于确定轴20的旋转数目或旋转角度、特别是在已经达到最小扭矩值之后确定轴20的旋转数目或旋转角度的单元63，该单元可以例如包括附接至轴并且与轴共同旋转的磁极环，同时磁场传感器对来自极环的磁脉冲进行计数，
-发射器65，发射器65用于将测量数据和/或确定的数据从电动式手持工具传输至外部存储器，发射器可以无线地传递数据例如经由蓝牙、WiFi或移动/蜂窝网络传递数据，替代性地，可以建立有线连接。
相应的测量数据可以储存在连接至控制单元的存储器51中。
这些元件中的一个元件或更多个元件可以设置在根据上述第一实施方式和第二实施方式的并且分别在图1和图2中示出的电动式手持工具100、200中。仅出于说明的目的，在图3中已经省略了图1和图2中所示的具体细节。
发射器65需要与根据本发明的认证系统相结合。这将在以下实施方式中描述。
图4示出了根据本发明的认证系统400的实施方式。
在该实施方式中，认证系统400包括根据上述实施方式中的一个实施方式的并且在图1、图2和图3中示出的电动式手持工具100、200、300以及文档装置450，文档装置450包括用于接收测量数据和/或确定的数据的接收器455和用于储存测量数据和/或确定的数据的存储器451。
文档装置450配置成生成包括测量数据和/或确定的数据中的一者或更多者的数字或印刷证书460，特别地用于证明测量数据符合相应的安全标准。
在下文中，总结了本发明的实施方式中所包括的重要元件中的一些元件。
本发明提供一种电动式手持工具。电动式手持工具、比如冲击扳手或螺丝刀具有(自动)目标设定(例如手动或者经由条形码/QR码扫描仪或RF码)和扭矩检测。一方面，可以记录并控制关键的紧固参数比如扭矩、转数、旋转速度、驱动持续时间(秒)，并且另一方面，可以记录并存档接触压力、时间、GPS位置以及在每种情况下所使用的工具(钻孔直径、镶式钻头或丝杠螺母)和所使用的螺钉。这是为了确保所执行工作的可追踪性。
以这种方式记录的数据最初临时储存在工具中并且在稍后读出，或者替代性地，数据经由无线连接(蓝牙、Wifi、移动网络)实时上传至中央单元或云并且使用特殊软件读出和评估。
借助于以这种方式获得和处理的数据，可以确保所执行的工作的可追踪性，并且可以发放关于正确执行工作的对应的合格证书。这种可追踪性既可以用于建筑工地和工艺车间，也可以用于汽车车间车轮轮辋的正确组装/螺栓连接。
具体地，提供了一种用于汽车车间的具有规定扭矩的智能调节(基于车辆类型和轮辋类型的输入)的冲击扳手。集成的扭矩传感器根据单独的最大值调节冲击扳手的所需扭矩。与中央评估系统(认证设备)的无线连接记录并储存针对每个单独安装的车轮的施加的扭矩数据。具体地，可以为每个车轮记录并储存轮辋编码，以便将各个车轮识别为左前、右前、左后和右后。此外，甚至可以识别单独的螺钉孔，并且存档和认证对应的扭矩值。
客户利益是指安全性，具体地，是指由于精确地设定单独指定的扭矩而产生的安全性，这取决于车辆类型和相应的轮辋类型。
另外，扭矩检测借助于磁致伸缩、“轴”的预磁化是非接触式的。传感器可以集成在工具中，或者可以作为独立的插入式模块(附件)被提供。其他优点是通过记录所有关键的螺钉参数以及其他参数比如GPS位置、时间和工作持续时间中的一者或更多者而创建可追踪的文档/证书。另外，还可以储存材料数据/车辆数据/轮辋数据。
这些实施方式仅仅是示例性的，并且本发明的全部范围由权利要求限定。

Claims (14)

1.一种电动式手持工具、特别是冲击扳手或螺丝刀，所述电动式手持工具包括：
驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述电动式手持工具的轴并且构造成经由所述轴驱动所述电动式手持工具的承窝或能够连接至所述电动式手持工具的承窝；
扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量经由所述驱动单元施加至所述轴的扭矩；
控制单元，所述控制单元用于控制所述驱动单元以将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；以及
发射器，所述发射器用于将数据从所述电动式手持工具传输至外部存储器，所述数据包括最终扭矩值。
2.根据权利要求1所述的电动式手持工具，其中，所述扭矩传感器包括磁致伸缩式扭矩传感器或应变计。
3.根据权利要求2所述的电动式手持工具，其中，所述磁致伸缩式扭矩传感器包括所述轴的磁化部分以及用于检测所述轴的外部的磁场变化的磁场传感器。
4.根据权利要求2或3所述的电动式手持工具，其中，所述磁致伸缩式扭矩传感器包括盘的磁化部分、比如所述盘的辐条以及用于检测所述盘的外部的磁场变化的磁场传感器。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动式手持工具，还包括能够与壳体分离的附加模块，并且所述附加模块包括所述轴的延伸部分，其中，所述扭矩传感器设置在所述附加模块中。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电动式手持工具，还包括选自具有以下各者的组中的至少一者：
(i)用于确定所述电动式手持工具的地理位置的单元，
(ii)用于确定扭矩施加的当前时间和/或持续时间的时钟单元，
(iii)用于确定所述轴的旋转数目或旋转角度、特别是在已经达到最小扭矩值之后确定所述轴的旋转数目或旋转角度的单元，
(iv)用于确定通过所述电动式手持工具紧固有紧固元件、比如螺栓或螺母的物体的物体数据的单元，以及
(v)用于确定所述紧固元件的类型和/或材料的单元。
7.根据权利要求6所述的电动式手持工具，其中，用于确定物体数据的所述单元和/或用于确定所述紧固元件的类型和/或材料的所述单元包括扫描单元，所述扫描单元用于扫描来自所述物体的一个或更多个标签、比如条形码或QR码，特别地，用于确定和设定预定的扭矩值和/或扭矩值的公差范围。
8.根据权利要求6或7所述的电动式手持工具，其中，所述物体是车辆或车辆的车轮，并且所述物体数据包括车辆识别数据、车轮数据比如车轮的轮辋数据以及预限定的扭矩值中的至少一者；或者其中，所述物体是组装部件、比如玻璃元件或建筑面板，并且所述物体数据包括作为预定的扭矩值的最小扭矩值。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电动式手持工具，还包括用于储存测量数据的存储单元。
10.根据权利要求6至8中的任一项所述的电动式手持工具，其中，所传输的数据还包括由所述单元(i)至所述单元(v)中的一者或更多者获得或确定的数据。
11.一种认证系统，包括：
根据权利要求1至10中的任一项所述的电动式手持工具；以及
文档装置，所述文档装置包括用于接收的接收器和用于储存所述测量数据和/或确定的数据的存储器。
12.根据权利要求11所述的认证系统，其中，所述文档装置配置成生成包括所述测量数据和/或确定的数据中的一者或更多者的数字或印刷证书，特别地用于证明所述测量数据符合相应的安全标准。
13.一种认证方法，包括：
驱动电动式手持工具的轴并且经由所述轴驱动连接至所述电动式手持工具的承窝，并且驱动接纳在所述承窝中的紧固元件；
通过扭矩传感器测量经由驱动单元施加至所述轴的扭矩；
将所测量的扭矩限制成预定值和/或将所测量的扭矩调节成公差范围内的预定值；
将包括施加至所述紧固元件的最终扭矩值的数据从所述电动式手持工具传输至文档装置；以及
通过所述文档装置生成包括所述最终扭矩值的数字或印刷证书。
14.根据权利要求13所述的认证方法，还包括：
确定关于所述电动式手持工具的地理位置、扭矩施加的当前时间和/或持续时间、所述轴的旋转数目或旋转角度、通过所述电动式手持工具紧固有紧固元件比如螺栓或螺母的物体的物体数据、所述紧固元件的类型和/或材料中的至少一者的数据；
将所确定的数据传输至所述文档装置；以及
生成包括所传输的数据的所述数字或印刷证书。
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