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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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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 ermittelt 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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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 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.
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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 ermitteln, 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 verwirklicht. Der IDG-1004 Gyroskop-Chip gibt eine analoge Spannung 610 an die Bearbeitungsvorrichtung 700 über die Ausgangsklemme 601 ab. Die Skala der analogen Spannung 610 des IDG-1004 Gyroskop-Chips ist 4mV pro Grad in einer Sekunde. Die Leistung des IDG-1004 Gyroskop-Chips wird durch den Schalter 602 geregelt. Das Gate (Basis) des Schalters 602 ist mit der Vergleichseinheit 710 elektrisch verbunden, um das Auslösesignal 711 zu empfangen.
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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. 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 der Schraube und der 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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Obwohl die vorliegende Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Vielmehr ist es beabsichtigt, dass sie verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen umfasst und dass deshalb der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche gemäß der breitesten Interpretation ausgelegt werden sollte, um alle derartigen Modifikationen und ähnlichen Anordnungen zu umfassen.
