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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
taiwanischen Patentanmeldung Nr. 98103922 , eingereicht
am 6. Februar 2009, die hier durch Verweis aufgenommen wird.
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Hintergrund
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentschlüssel.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen elektronischen
Drehmomentschlüssel.
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Beschreibung des Standes der Technik
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1A und 1B sind
schematische Ansichten einer Schraube und einer Beilagscheibe, die nach
dem Stand der Technik in ein Gewindeloch gedreht werden. Die Beilagscheibe 120 ist
zwischen der Schraube 110 und dem Gewindeloch 130 angeordnet.
Tatsächlich ist die Beilagscheibe 120 durch die Mutter
der Schraube 110 und das Gewindeloch 130 geklemmt.
Die Beilagscheibe 120 erhöht die Reibungskraft
unter der Kontaktoberfläche des Gewindeloches 130 und
verhindert deshalb, dass sich die Schraube 110 lockert.
Die Reibungskraft wird durch zwei Faktoren bestimmt. Einer ist der
Reibungskoeffizient der Beilagscheibe 120 und der andere
ist die nach unten gerichtete Kraft, die unter der Beilagscheibe
aufgebracht wird. Allgemein gesprochen wird eine umso größere
nach unten gerichtete Kraft unter der Beilagscheibe 120 ausgeübt,
je größer das Drehmoment ist, das auf die Schraube 110 ausgeübt wird.
Jedoch wird, falls das Drehmoment zu groß ist, die Oberfläche
der Beilagscheibe 120 beschädigt, wenn die Mutter
drehend an der Beilagscheibe 120 angreift. Deshalb hat
jedes Paar aus Schraube 110 und passender Beilagscheibe 120 in
der Präzisionsindustrie ihre speziellen Anforderungen,
um das geeignete Drehmoment und den geeigneten Drehwinkel festzulegen.
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Wie
oben beschrieben, werden viele Vorschläge bereit gestellt,
um das Erfordernis der gleichzeitigen Bestimmung des Drehwinkels
und des Drehmoments zu erfüllen, wie z. B. die Patente
US-4845998 und
US-7082866 .
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Kurzfassung
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist ein Drehmomentschlüssel
offenbart. Der Drehmomentschlüssel umfasst einen Körper,
eine Speichervorrichtung, einen Drehmomentsensor, einen Winkelsensor
und eine Verarbeitungsvorrichtung. Die Speichervorrichtung speichert
einen vorbestimmten Drehmomentwert und einen vorbestimmten Winkelwert.
Der Drehmomentsensor ermittelt ein Drehmoment, das vom Körper
zur Verfügung gestellt wird. Der Winkelsensor wird angeschaltet
und ermittlelt die Drehung des Körpers nachdem das Drehmoment
den vorbestimmten Drehmomentwert erreicht hat. Die Bearbeitungsvorrichtung
erzeugt ein Alarmsignal während die Körperdrehung
den vorbestimmten Winkelwert erreicht.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Drehmoment-Winkel-Überwachungsverfahren
für einen Drehmomentschlüssel offenbart. Das Verfahren
umfasst die folgenden Schritte:
Festsetzen eines vorbestimmten
Drehmomentwerts und eines vorbestimmten Winkelwerts;
Ermitteln
eines Drehmoments, das vom Drehmomentschlüssel zur Verfügung
gestellt wird;
Einschalten eines Winkelgeschwindigkeitssensors nachdem
das Drehmoment den vorbestimmten Drehmomentwert erreicht hat;
Ermitteln
der Drehung des Drehmomentschlüssels durch den Winkelgeschwindigkeitssensor;
und
Auslösen eines Alarms nachdem die Drehung des Drehmomentschlüssels
den vorbestimmten Winkelwert erreicht hat.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung
des Ausführungsbeispiels besser verstanden werden, wobei
auf die beigefügten Zeichnungen wie folgt verwiesen wird:
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1A und 1B sind
schematische Ansichten einer Schraube und einer Beilagscheibe, die nach
dem Stand der Technik in ein Gewindeloch gedreht werden.
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2 ist
eine schematische Ansicht eines Drehmomentschlüssels gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein funktionelles Blockschaltbild der elektronischen Vorrichtung
aus 2.
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4 ist
ein detailliertes funktionelles Blockschaltbild der elektronischen
Vorrichtung aus 2.
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5 ist
ein Schaltplan des Drehmomentsensors aus 4.
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6 ist
ein Schaltplan des Winkelsensors aus 4.
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7 ist
ein Schaltplan der Bearbeitungsvorrichtung aus 4.
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8 ist
ein Ablaufplan eines Drehmoment-Winkel-Überwachungsverfahrens
gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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2 ist
ein schematische Ansicht eines Drehmomentschlüssels gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Drehmomentschlüssel
umfasst einen Körper 200 und eine elektronische
Vorrichtung 300. Die elektronische Vorrichtung 300 befindet
sich im Körper 200. Die elektronische Vorrichtung 300 umfasst
eine Speichervorrichtung 400, einen Drehmomentsensor 500,
einen Winkelsensor 600 und eine Bearbeitungsvorrichtung 700.
Die Speichervorrichtung 400 speichert einen vorbestimmten
Drehmomentwert 410 und einen vorbestimmten Winkelwert 420.
Der Drehmomentsensor 500 nimmt ein Drehmoment wahr, das
vom Körper 200 zur Verfügung gestellt
wird. Der Winkelsensor 600 wird angeschaltet und nimmt
ebenso die Drehung des Körpers 200 wahr, nachdem
das Drehmoment den vorbestimmten Drehmomentwert 410 erreicht
hat. Die Bearbeitungsvorrichtung 700 erzeugt schließlich
ein Alarmsignal 701 während die Drehung des Körpers 200 den
vorbestimmten Winkelwert 420 erreicht.
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Der
vorbestimmte Drehmomentwert 410 und der vorbestimmte Winkelwert 420 sind
im Benutzerhandbuch für industrielle Präzisionsschrauben
und Beilagscheiben festgelegt. Daher ermöglicht es die Ausführungsform
dem Anwender den vorbestimmten Drehmomentwert 410 und den
vorbestimmten Winkelwert 420 im Drehmomentschlüssel
vorzugeben. Der Drehmomentschlüssel ermöglicht
es dem Anwender die Schraube mit der Beilagscheibe bequem in das
Gewindeloch mit einer geeigneten Drehmomentskraft einzudrehen. Der
Drehmomentschlüssel alarmiert den Anwender, wenn ein geeigneter
Drehwinkel zwischen der Schraubenmutter und der oberen Oberfläche
der Beilagscheibe erreicht wird.
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3 ist
ein funktionelles Blockschaltbild der elektronischen Vorrichtung 300 aus 2.
Der Drehmomentsensor 500 ermittelt ein Drehmoment 510 des
Körpers 200 und überträgt ferner
ein Spannungssignal, das das Drehmoment 510 wiedergibt,
zur Bearbeitungsvorrichtung 700. Der Winkelsensor 600 umfasst
zumindest ein Gyroskop 601 und eine analoge Ausgangsspannungsvorrichtung 602.
Das Gyroskop 601 wird verwendet um die Drehung des Körpers 200 zu
ermittlen, wie zum Beispiel um die Winkelgeschwindigkeit des Körpers 200 festzustellen,
und die analoge Ausgangsspannungsvorrichtung 602 stellt eine
analoge Spannung 610 gemäß der Winkelgeschwindigkeit
des Körpers 200 zur Verfügung.
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Die
Bearbeitungsvorrichtung 700 umfasst eine Vergleichseinheit 710,
eine Umwandlungseinheit 720 und eine Recheneinheit 730.
Die Vergleichseinheit 710 löst das Gyroskop 601 aus,
während das Drehmoment 510 den vorbestimmten Drehmomentwert 410 erreicht.
Die Vergleichseinheit 710 sendet ein Auslösesignal 711 zum
Winkelsensor 600, während der Drehmomentsensor 500 ermittelt,
dass das Drehmoment 510 des Körpers 200 (in 2)
den vorbestimmten Drehmomentwert 410 erreicht.
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Die
analoge Ausgangsspannungsvorrichtung 602 sendet eine analoge
Spannung zur Umwandlungseinheit 720. Die Umwandlungseinheit 720 wandelt
die analoge Spannung 610 in einen Winkelwert 721 um
und überträgt ferner den Winkelwert 721 zur
Recheneinheit 730. Die Recheneinheit 730 kann durch
einen Akkumulator verwirklicht sein. Die Recheneinheit 730 speichert
den Winkelwert 721, um einen Gesamtwinkelwert zu erzeugen,
der die Drehung des Körpers 200 wiedergibt. Mit
anderen Worten berechnet die Recheneinheit 730 die Drehung des
Körpers 200, indem sie den Winkelwert 721 speichert
nachdem das Drehmoment 510 den vorbestimmten Drehmomentwert 410 erreicht.
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Im
Detail umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 700 zumindest
einen Mikroprozessor. Die Bearbeitungsvorrichtung 700 erzeugt
ein Alarmsignal 701, wenn der Gesamtwinkelwert den vorbestimmten Winkelwert
erreicht. Der Winkelsensor 600 wird ausgelöst,
um die Drehung des Körpers 200 wahrzunehmen, nachdem
das Auslösesignal 711 empfangen wurde. Die Vergleichseinheit 710 umfasst
zumindest zwei Eingangsklemmen. Die Bearbeitungsvorrichtung 700 erzeugt
einen Spannungspegel, der auf dem vorbestimmten Drehmomentwert 410 basiert. Der
Spannungspegel wird einer Eingangsklemme der Vergleichseinheit 710 zugeführt.
Der Drehmomentsensor 500 nimmt ein Drehmoment 510,
das vom Körper 200 zur Verfügung gestellt
wird, wahr und gibt ferner ein Spannungssignal aus, um das Drehmoment 510 wiederzugeben.
Das Spannungssignal wird der anderen Eingangsklemme der Vergleichseinheit 710 zugeführt.
Daher kann die Vergleichseinheit 710 durch einen Komparator
verwirklicht sein, um ein Auslösesignal 711 zu
erzeugen, sobald das Spannungssignal größer ist
als der Spannungspegel.
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Folglich
ermittelt der Drehmomentschlüssel der Ausführungsform
das Drehmoment 510, das vom Körper 200 zur
Verfügung gestellt wird. Wenn das Drehmoment 510 die
Anforderungen der Schraube erreicht, wird der Winkelsensor 600 durch
das Auslösesignal 711 der Vergleichseinheit 710 ausgelöst. Und
dann beginnt der Winkelsensor 600 den Drehwinkel des Körpers 200 zu
ermitteln, z. B. den Drehwinkel zwischen der Mutter und der Beilagscheibe.
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4 ist
ein detailliertes funktionelles Blockschaltbild der elektronischen
Vorrichtung 300 aus 2. In 4 umfasst
die elektronische Vorrichtung 300 ferner eine Benutzeroberfläche 800.
Die Benutzeroberfläche 800 wird für einen
Anwender eingesetzt, um die elektronische Vorrichtung 300 des Drehmomentschlüssels
zu bedienen. Allgemein gesprochen umfasst die Benutzeroberfläche 800 einen universellen
seriellen Bus (USB), einen Monitor 810 und ein Eingabegerät.
Der Anwender kann den vorbestimmten Drehmomentwert 410 und
den vorbestimmten Winkelwert 420 durch das Eingabegerät oder
den USB der Benutzeroberfläche 800 ansteuern.
Der Anwender kann ebenso die Informationen, wie z. B. das Drehmoment
des Körpers, den Winkel des Körpers, den vorbestimmten
Drehmomentwert 410 und den vorbestimmten Winkelwert 420 über
den Monitor 810 überprüfen. Desweiteren
umfasst die elektronische Vorrichtung 300 ferner eine Lichtquelle 740 und
einen Lautsprecher 750. Die Lichtquelle 740 aktiviert
ein Alarmlicht als Reaktion auf das Alarmsignal 701. Letztlich
kann die Speichereinheit 400 aus einem elektrisch löschbaren
und programmierbaren Speicherelement zum dauerhaften Speichern (EEPROM),
einem Arbeitsspeicher (RAM) oder anderen gleichen Vorrichtungen
gebildet sein.
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5 ist
ein Schaltplan des Drehmomentsensors 500 aus 4.
In 5 wird der Drehmomentsensor 500 durch
die BKF350-1EB Dehnungsmessstreifen der Firma DaJing verwirklicht.
Im Detail sind vier BKF350-1EB Dehnungsmessstreifen in einer Brückenschaltungsstruktur
angeordnet und die Brückenschaltungsstruktur umfasst zwei
Ausgangsklemmen. Eine Ausgangsklemme gibt eine positive Spannung
ab, die das Drehmoment des Körpers 200 im Uhrzeigersinn
darstellt und die andere Ausgangsklemme gibt eine negative Spannung
ab, die das Drehmoment des Körpers 200 gegen den
Uhrzeigersinn darstellt. Der Wert der Spannungsdifferenz zwischen
den Klemmen stellt das Maß des Drehmoments dar, das vom
Körper 200 zur Verfügung gestellt wird.
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6 ist
ein Schaltplan des Winkelsensors 600 aus 4.
Der Winkelsensor 600 umfasst zumindest ein Gyroskop 601 und
eine analoge Ausgangsspannungsvorrichtung 602. Der Winkelsensor 600 wird
durch den IDG-1004 Gyroskop-Chip der Firma InvenSense (RTM) verwirklicht.
Der IDG-1004 Gyroskop-Chip gibt eine analoge Spannung 610 an die
Bearbeitungsvorrichtung 700 über die Ausgangsklemme 603 ab.
Die Skala der analogen Spannung 610 des IDG-1004 Gyroskop-Chips
ist 4 mV pro Grad in einer Sekunde. Die Leistung des IDG-1004 Gyroskop-Chips
wird durch den Schalter 604 geregelt. Das Gate (Basis)
des Schalters 604 ist mit der Vergleichseinheit 710 elektrisch
verbunden, um das Auslösesignal 711 zu empfangen.
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Was
bemerkenswert ist, ist dass das Gate des Schalters 604 mit
dem VDD des Chips verbunden ist. Mit anderen Worten wird der Winkelsensor 600 angeschaltet
nachdem der Schalter 604 ausgelöst wurde. Daher
wird der Chip ausgeschaltet wenn der Drehmomentsensor 500 tätig
ist, um elektromagnetische Interferenzen zu verhindern.
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7 ist
ein Schaltplan der Bearbeitungsvorrichtung 700 aus 4.
Die Bearbeitungsvorrichtung 700 kann durch einen Mikroprozessor
verwirklicht sein. In 7 ist der Mikroprozessor ein MSP430-F427
Einzelchip der Firma Texas Instruments (RTM). Der MSP430-F427 Einzelchip
wird mit einer Peripherieschaltung verwendet, wie in 7 gezeigt.
Im Detail wird die analoge Spannung 610 des Winkelsensors 600 der
Vergleichseinheit 710 innerhalb des MSP430-F427 Einzelchips über
die Eingangsklemme 702 der Peripherieschaltung zugeführt.
Das Auslösesignal 711 wird dem Winkelgeschwindigkeitssensor 600 über
die Ausgangsklemme 704 zur Verfügung gestellt.
Der MSP430-F427 Einzelchip erhält eine Referenzspannung über
den Spannungsknoten 703 und erzeugt die Differenzspannung
der Referenzspannung und der analogen Spannung 610. Die
Umwandlungseinheit 720 und die Recheneinheit 730 verwenden
die Differenzspannung und ein Zeitdauersignal, um den Drehwinkel des
Körpers 200 zu berechnen. Wobei das Zeitdauersignal
durch einen Oszillator des MSP430-F427 Einzelchips zur Verfügung
gestellt wird.
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8 ist
ein Ablaufplan eines Drehmoment-Winkel-Überwachungsverfahrens
gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform umfasst folgende
Schritte: Zuerst, wie in Schritt 910 gezeigt, werden ein
vorbestimmter Drehmomentwert und ein vorbestimmter Winkelwert gemäß den
Anforderungen einer Schraube und einer Beilagscheibe festgesetzt.
Und dann, wie in Schritt 920 gezeigt, wird ein Drehmoment
vom Drehmomentschlüssel zur Verfügung gestellt.
Und dann wird, wie in Schritt 930 gezeigt, ein Komparator verwendet,
um zu überprüfen, ob das Drehmoment den vorbestimmten
Drehmomentwert erreicht oder nicht. Falls ja, wird, wie in Schritt 940 gezeigt,
ein Winkelsensor ausgelöst nachdem das Drehmoment den vorbestimmten
Drehmomentwert erreicht. Und dann wird, wie in Schritt 950 gezeigt,
der Winkelsensor verwendet, um die Drehung des Drehmomentschlüssels
wahrzunehmen. Letztlich wird, wie in Schritt 960 gezeigt,
ein Alarm ausgelöst, nachdem die Drehung des Drehmomentschlüssels
den vorbestimmten Winkelwert erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - TW 98103922 [0001]
- - US 4845998 [0004]
- - US 7082866 [0004]