ES2895185T3 - Llave de impacto eléctrica con mecanismo de impacto con rebote - Google Patents

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Abstract

Llave de impacto que comprende: - un motor eléctrico que comprende un rotor y un estator: - un mecanismo de impacto de tipo con rebote: - medios de control de la alimentación de energía a dicho motor que comprenden medios de regulación de la corriente de alimentación a dicho motor; estando dicho rotor de dicho motor conectado directamente a dicho mecanismo de impacto, caracterizada por que dichos medios de control de la alimentación de dicho motor se configuran para suministrar a dichos medios de regulación, en el curso de una operación de atornillado o desatornillado, una consigna de corriente de alimentación del motor que induzca la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético predeterminado, y por que dichos medios de control de la alimentación de dicho motor se configuran para alimentar dicho motor en el sentido de trabajo, incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote.

Description

DESCRIPCIÓN
Llave de impacto eléctrica con mecanismo de impacto con rebote
1. Campo de la invención
El campo de la invención es el del diseño y la fabricación de llaves de impacto. Más concretamente, la presente invención se refiere a una llave de impacto de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
2. Técnica anterior
Las llaves de impacto se utilizan habitualmente en diversos ámbitos, en particular en los talleres de automoción y para el mantenimiento industrial.
Estas herramientas se utilizan principalmente para el desmontaje de componentes mecánicos en vehículos o en máquinas. También se pueden utilizar para el montaje o el reensamblaje de determinados componentes.
Los componentes, apretados o aflojados mediante la utilización de llaves de impacto, están más o menos limpios y/o oxidados.
Además, los espacios de intervención pueden ser estrechos, de difícil acceso y estar abarrotados de otros componentes potencialmente perjudiciales y mal iluminados.
En consecuencia, los usuarios de llaves de impacto esperan que sus herramientas contribuyan a limitar el impacto de las dificultades mencionadas más arriba.
De este modo, con el fin de pasar por alto las dificultades de utilización de las llaves de impacto en los espacios estrechos y abarrotados, los usuarios quieren utilizar herramientas compactas.
De manera más general, los usuarios de las llaves de impacto tienen expectativas en particular en materia de ergonomía, eficacia y durabilidad.
En términos de ergonomía, los usuarios quieren herramientas que sean silenciosas, ligeras y que sólo provoquen al usuario un bajo nivel de vibración.
En términos de eficacia, los usuarios desean poder realizar las operaciones de apriete/aflojado con rapidez, con un nivel de calidad adecuado (apriete al par deseado) y gozando de una buena visibilidad de la zona de trabajo.
Los usuarios siguen queriendo herramientas que sean autónomas y no estén limitadas por un cable de alimentación eléctrica o un tubo de suministro de aire comprimido.
En términos de durabilidad, los usuarios quieren herramientas sólidas, resistentes, en particular a los golpes y que puedan funcionar correctamente a lo largo del tiempo.
Se conocen diferentes tipos de llaves de impacto, en particular:
- las llaves de impacto neumáticas con mecanismo de impacto con rebote:
- las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto sin rebote:
- las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto con rebote:
- las llaves de impacto eléctricas con generación de impactos mediante alimentación alterna.
Las llaves de impacto con mecanismo de impacto con rebote comprenden un mecanismo de impacto que induce, en cada impacto, un rebote del rotor del motor en el sentido inverso del sentido de trabajo (sentido de atornillado o desatornillado).
El sentido de trabajo corresponde al sentido horario en el caso del atornillado de un tornillo que tenga un paso a la derecha, o en el sentido contra horario en el caso del desatornillado de un tornillo que tenga un paso a la derecha.
El sentido de trabajo corresponde al sentido contra horario en el caso del atornillado de un tornillo que tenga un paso a la izquierda, o en el sentido horario en el caso del desatornillado de un tornillo que tenga un paso a la izquierda. En la categoría de estas llaves de impacto con mecanismo de impacto con rebote figuran en particular:
- los mecanismos de impacto de tipo Maurer: "Twin Hammer", "Twin lobe", "double dogs" en lengua inglesa;
- "single dog" en lengua inglesa;
- "rocking dog" en lengua inglesa;
- "two jaws" en lengua inglesa;
- "pin clutch" en lengua inglesa;
De acuerdo con otro enfoque diferente, las llaves de impacto con mecanismo de impacto sin rebote comprenden, entre su motor y el mecanismo de impacto, una cadena cinemática que incorpora un elemento elástico capaz de deformarse para permitir que el rotor del motor siga girando cuando, en cada impacto, la rotación del eje de salida de la llave de impacto es desacelerada en gran medida por el elemento que se aprieta. La energía cinética acumulada por el rotor al final de cada impacto se recupera en el siguiente impacto en forma de energía potencial para transmitir un par al eje de salida de la llave de impacto.
Llaves de impacto neumáticas con mecanismo de impacto con rebote
Los documentos de patente US3661217 y US4287956 describen ejemplos de llaves de impacto neumáticas con mecanismo de impacto con rebote de tipo Maurer.
Estas llaves de impacto comprenden un motor neumático dotado con un rotor y un estator, un mecanismo de impacto accionado por el rotor del motor y un cuadrado de salida que puede cooperar con un componente a apretar/aflojar. El mecanismo de impacto comprende una jaula accionada en rotación por el rotor, en el interior de la cual se fijan dos martillos con capacidad de giro que pueden chocar con el cuadrado que lleva dos yunques para generar impactos. Para llevar a cabo una operación de atornillado/desatornillado, el motor se alimenta de forma continua mediante aire comprimido a una presión constante, accionando de este modo la jaula en rotación. En el curso de la rotación de la jaula, los martillos se llevan a chocar con los yunques. Con cada colisión de los martillos contra los yunques, el mecanismo de golpeo transmite en un impacto un par al cuadrado, que hace girar al elemento a atornillar/desatornillar. Con cada impacto en el mecanismo de impacto, la cadena cinemática entre el motor y el cuadrado de salida se deforma y acumula de este modo energía potencial. Esta energía potencial se recupera durante la relajación de la cadena cinemática, lo que induce un rebote del mecanismo de impacto en el sentido inverso del sentido de trabajo, es decir, del sentido de la operación de atornillado/desatornillado.
En el curso de este rebote, los martillos adoptan una posición desacoplada en la que los martillos ya no están enfrente de los yunques. Los martillos mantienen esta posición momentáneamente durante la reaceleración del rotor en el sentido de la operación. De este modo, los martillos pasan por los yunques sin golpearlos lo que permite que la jaula se acelere en su movimiento de rotación. Después de una determinada rotación (del orden de una vuelta en la configuración ilustrada) de la jaula, los martillos chocan de nuevo con los yunques para transmitir la energía cinética de las piezas en movimiento al cuadrado de salida.
Los ciclos se repiten de este modo para completar la operación de atornillado/desatornillado.
Un principio de funcionamiento de este tipo se describe en detalle, por ejemplo, en el documento de patente US 3661217. Se trata, por tanto, de un mecanismo de impacto con rebote del tipo con desacoplamiento automático de los martillos con respecto del yunque en el curso del rebote y al inicio de la reaceleración y posterior reacoplamiento automático. Un mecanismo de impacto de este tipo permite un mejor equilibrio del conjunto y reduce también las vibraciones en comparación con un simple martillo o un mecanismo tipo "Rocking Dog" en lengua inglesa.
Un mecanismo de impacto de este tipo es compacto, es decir, tiene una longitud y un diámetro menores que los de otros mecanismos de impacto. De este modo, este mecanismo tiene la mejor relación peso/potencia de los mecanismos de impacto conocidos.
Un mecanismo de impacto de este tipo también se conoce por ser muy duradero.
El inconveniente de un mecanismo de impacto de este tipo es que sólo es adecuado para herramientas neumáticas. De hecho, hemos visto que después de cada impacto, el mecanismo de impacto rebota. Sin embargo, el motor se alimenta con una presión de aire constante, de modo que el par que suministra es constante hasta el rendimiento. De este modo, si en el curso de un rebote el par suministrado por el motor es menor que el par debido al rebote, el motor se ralentiza, se detiene o gira en sentido inverso.
Aunque un tipo de funcionamiento de este tipo se bien soportado por un motor neumático sin deteriorarse, un motor eléctrico lo soporta mal a costa de un rápido deterioro. De hecho, un motor de escobillas verá deterioradas sus escobillas si se impulsan con frecuencia en los dos sentidos, mientras que un motor síncrono de imanes permanentes con regulación de velocidad estará sometido a sobrecorrientes.
Llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto sin rebote
Los documentos de patente US-A1 -2016/250738 y US-A1 -2016/121467 describen dos ejemplos de llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto sin rebote.
Las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto sin rebote comprenden un mecanismo de impacto que no induce ningún rebote del rotor del motor en el sentido inverso del sentido de trabajo (sentido de atornillado o desatornillado) en cada impacto.
Los mecanismos de impacto sin rebote son más conocidos bajo la denominación inglesa "spring loading cam". En las figuras 12, 13, 14 y 15 se ilustra un ejemplo de mecanismo de este tipo.
Con referencia a estas figuras, un mecanismo de este tipo comprende un eje 80 vinculado en rotación con un portasatélites 81 que lleva satélites 82 que engranan, por una parte, con una corona 83 montada fija en la carcasa de la llave de impacto y, por otra parte, con un sol (no mostrado) vinculado en rotación con el eje del motor (no mostrado) de la llave de impacto.
El eje 80 tiene ranuras helicoidales 84, cada una de las cuales aloja una bola 85.
El mecanismo comprende una jaula 86 montada con capacidad de giro y traslación con respecto al eje 80 contra la fuerza de un muelle de compresión 91. Tal como se describirá con más detalle a continuación, la jaula 86 se puede mover de este modo a una posición acoplada (figuras 12 y 13) y a una posición desacoplada (figuras 14 y 15). La jaula 86 comprende ranuras 87 que alojan las bolas 85. También comprende martillos 88.
El mecanismo comprende un yunque 89 montado con capacidad de giro en el extremo del eje 80 y conectado con capacidad de giro al cuadrado de salida 90 que puede cooperar con un componente a apretar/aflojar.
En el curso de una operación de atornillado/desatornillado, se encadenan sucesivamente ciclos de impacto hasta la consecución de un par de apriete objetivo.
Con cada ciclo de impacto, la jaula 86 se hace girar en el sentido del atornillado para acumular energía cinética que se restituye al elemento a atornillar en forma de un par de torsión cuando sus martillos 88 chocan con el yunque 89. Para ello, el motor eléctrico se alimenta de forma permanente de modo que el rotor haga girar el eje 80 a través del engranaje epicicloidal.
El atornillado de un tornillo tiene lugar de forma convencional en dos etapas:
- el preatornillado, durante el cual la cabeza del tornillo no está en contacto con la pieza a fijar de modo que el tornillo no opone un par resistente, y
- el atornillado, que tiene lugar entre el momento en que la cabeza del tornillo entra en contacto con el conjunto hasta la consecución del par objetivo, y en el curso del cual el tornillo opone un par resistente.
En el curso de la fase de preatornillado, el muelle de compresión 91 mantiene la jaula 86 en la posición acoplada y el mecanismo gira de una sola pieza accionando el tornillo hasta que su cabeza entra en contacto con la pieza a fijar.
En esta fase, se inicia la etapa de atornillado y el tornillo comienza a oponer un par resistente, siendo la rotación de la jaula 86 detenida por los yunques que porta el eje de salida.
El eje 80 accionado por el motor por medio del tren epicicloidal sigue girando y, debido a las ranuras helicoidales 84 y a las bolas 85, la jaula se desplaza en traslación hacia el motor, comprimiendo de este modo el muelle, para alcanzar su posición desacoplada.
Durante este movimiento de traslación, los martillos 88 portados por la jaula 86 se desacoplan de los yunques 89. Cuando el desacoplamiento es completo, la jaula 86 puede girar deslizándose sobre los yunques 89 y entonces, cuando los martillos 88 han sobrepasado los yunques 89, la jaula 86 se desplaza hacia el eje de salida bajo el efecto del empuje del muelle 91.
El movimiento de la jaula 86 sigue entonces la trayectoria permitida por las ranuras helicoidales 84 y las bolas 85, al hacerlo la jaula 86 adquiere una energía cinética de rotación que se transfiere al eje de salida y al tornillo cuando al final de la trayectoria de la jaula 86 los martillos golpean los yunques 89.
Los ciclos de impactos se encadenan de este modo hasta que el usuario considera que el atornillado es suficiente.
Este mecanismo de impacto "sin rebote" evita que el rotor del motor rebote con cada impacto, y por tanto la parada o el accionamiento del motor en el sentido inverso a la operación actual. De este modo, el motor puede funcionar de forma estabilizada, lo que hace que este tipo de mecanismo de impacto sea muy particularmente compatible con los motores eléctricos que necesitan funcionar de manera estabilizada para no ser objeto de rotura o envejecimiento prematuro.
Además, las llaves de impacto de este tipo tienen la ventaja de ser portátiles y particularmente fáciles de manejar, sobre todo cuando se alimentan con una batería acoplada.
La desventaja de un mecanismo de impacto de este tipo es que no tiene par suficiente para comprimir el muelle. Por lo tanto, es importante para su buen funcionamiento que el motor se acople a la jaula por medio de una reducción, generalmente del tipo engranaje(s) epicicloidal(es).
La utilización de una reducción, así como la utilización del muelle en este mecanismo provocan:
- un aumento de la masa de la herramienta (reducción);
- un aumento de la longitud (reducción muelle).
En vista de que el funcionamiento de un mecanismo de este tipo induce el desplazamiento oscilante de traslación de la jaula siguiendo la dirección del eje del motor, un mecanismo de este tipo induce vibraciones longitudinales percibidas por parte del usuario.
Desde este punto de vista, el mecanismo Maurer descrito anteriormente no tiene este inconveniente.
Llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto con rebote
Las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto con rebote comprenden, como las llaves de impacto neumáticas con mecanismo de impacto con rebote, un mecanismo de impacto que induce, con cada impacto, un rebote del rotor del motor en el sentido inverso del sentido de trabajo (sentido de atornillado o desatornillado).
Las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto con rebote tienen las ventajas de las llaves de impacto neumáticas y de las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto sin rebote sin tener los inconvenientes:
- la compacidad y el bajo peso de los mecanismos de impacto con rebote, en particular el mecanismo Maurer;
- la ausencia de vibración longitudinal de un mecanismo de impacto con rebote;
- la libertad de utilizar una herramienta con batería.
El documento de patente US-B2-7 607 492 describe una llave de impacto de este tipo y una llave de impacto de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 que comprende un motor eléctrico que acciona de manera directa un mecanismo de impacto de tipo Maurer.
Tal como se explicó anteriormente, un mecanismo de impacto de tipo con rebote induce un rebote del rotor del motor que hace su utilización incompatible con un motor eléctrico a menos que se le deteriore rápidamente.
De hecho, los motores eléctricos de forma convencional se regulan en velocidad.
Los medios de control del motor comprenden medios de regulación que, a partir de una consigna, regulan el funcionamiento del motor para mantener la velocidad del motor lo más cerca posible de la consigna de velocidad predeterminada.
En el curso de un rebote del mecanismo de impacto, el rotor del motor gira en el sentido inverso al de su accionamiento. Sin embargo, en un intento de mantener la velocidad de rotación del motor cerca de la consigna de velocidad, el sistema de regulación del motor podría aumentar la corriente de alimentación de forma muy significativa por encima de lo que el sistema puede soportar.
El mecanismo de tipo Maurer es un mecanismo con rebote que, por lo tanto, provoca variaciones de velocidad muy elevadas, a la inversa que un mecanismo sin rebote tipo "spring loaded cam" que tiene variaciones de velocidad del motor bajas, lo que hace que el primero no sea adecuado para su utilización en una herramienta eléctrica.
Sin embargo, el documento US-B2-7607492 describe una solución para limitar este problema.
Esta solución consiste en detectar el rebote del mecanismo de impacto supervisando el sentido de giro del mecanismo de impacto y, a continuación, cada vez que se detecta un rebote, desconectar la alimentación en el sentido de la operación de atornillado/desatornillado actual o alimentar el motor en el sentido del rebote para controlar el ángulo de rebote y, de este modo, controlar el sistema. Los inconvenientes que se derivan de este tipo de control del motor son los siguientes:
- el par electromagnético suministrado por el motor cambia constantemente y esto aumenta la sensación de vibración por parte del usuario;
- la complejidad del control del motor obliga a observar el sentido de giro del motor en tiempo real para detectar el rebote utilizando un frágil sensor óptico;
- el uso de un mecanismo de restitución de energía cuya durabilidad puede resultar corta (un mecanismo de este tipo de hecho utiliza una rueda libre y un muelle que son, por naturaleza, componentes relativamente frágiles);
- el nivel de rendimiento es inferior al de una herramienta equipada con un motor neumático, dado que el motor no está permanentemente alimentado a lo largo de toda una operación de atornillado/desatornillado.
Llaves de impacto eléctricas con generación de impactos mediante alimentación alterna
El documento de patente FR-A1-2 974 320 describe una llave con generación de impactos mediante alimentación alterna.
Las llaves de impacto de este tipo tienen la arquitectura clásica de una atornilladora denominada de apriete continuo, es decir, un atornillador convencional que permite realizar el apriete de un tornillo sin generar un impacto por medio de una alimentación continua del motor en el curso del proceso de atornillado.
Por lo tanto, estas llaves de impacto no incorporan un mecanismo de impacto del tipo descrito anteriormente.
De acuerdo con un enfoque diferente, estas llaves de impacto aprovechan la holgura de la transmisión para generar impactos que resultan de una alimentación del motor mediante impulsos de corriente eléctrica. Este principio se describe en detalle en el documento mencionado anteriormente.
De este modo, una atornilladora de este tipo, que no fuese alimentada por impulsos de corriente eléctrica, no permitiría realizar el atornillado por impacto sino un atornillado continuo.
El documento de patente WO-A1-2011/102559 describe otro tipo de llave de impactos eléctrica con generación de impactos mediante alimentación alterna en el curso de la utilización en la que el motor se alimenta de forma periódica en el sentido inverso a la operación actual para devolver el martillo a una posición retraída en la que se encuentre alejado del yunque antes de ser acelerado para hacer entrar en contacto el martillo y el yunque y, a continuación, hacer girar el eje de salida.
De este modo, una atornilladora de este tipo, que no fuese alimentada por impulsos de corriente eléctrica, no permitiría realizar el atornillado por impacto sino un atornillado continuo. Esto se debe a que, a diferencia de los mecanismos de impacto con rebote del tipo con desacoplamiento automático y, a continuación, reacoplamiento automático, los martillos no se desacoplan de los yunques en el curso del rebote y de la reaceleración. De hecho, en el contexto de la utilización de una atornilladora de este tipo con una alimentación continua (y no por impulsos), las piezas de la cadena de transmisión permanecen en contacto unas con las otras después del primer impacto, de modo que la atornilladora se comporta como una atornilladora de apriete continuo.
Conclusión sobre la técnica anterior
Finalmente, el mecanismo de impacto sin rebote accionado por un motor eléctrico es pesado y voluminoso. Además, los desplazamientos axiales de la campana hacen que la herramienta vibre con fuerza.
La utilización de un mecanismo de impacto con rebote de accionamiento directo tipo Maurer en una herramienta eléctrica con interrupción de la alimentación del motor durante los impactos requiere una arquitectura mecánica y de regulación complejas. Además, las variaciones de corriente producen variaciones del par electromotriz y, por tanto, variaciones del par de reacción en el mango. Estas variaciones de par son percibidas por el usuario como vibraciones de la herramienta.
Por lo tanto, existe la oportunidad de mejorar las llaves de impacto eléctricas con un mecanismo de impacto con rebote.
La presente invención se refiere de forma específica al campo de las llaves de impacto eléctricas con mecanismo de impacto con rebote, que pretende mejorar.
3. Objetivos de la invención
En particular, la invención tiene por objetivo aportar una solución eficaz al menos a algunos de estos diferentes problemas.
En particular, de acuerdo con al menos una forma de realización, un objetivo de la invención es optimizar las llaves de impacto eléctricas que incorporan un mecanismo de impacto con rebote.
En particular, la invención tiene por objetivo, de acuerdo con al menos una forma de realización, proporcionar una llave de impacto eléctrica que incorpore un mecanismo de impacto con rebote que sea simple en su diseño y/o fácil de utilizar.
En particular, un objetivo de la invención es proporcionar, en al menos una forma de realización, una llave de impacto de este tipo que tenga una técnica de regulación del motor sencilla que permita preservar de manera eficaz la integridad del motor y del sistema de control.
Otro objetivo de la invención es, de acuerdo con al menos una forma de realización, proporcionar una llave de impacto de este tipo que sea ligera y/o compacta y/o que induzca un bajo nivel de vibraciones percibidas por parte del usuario.
4. Presentación de la invención
Para ello, la invención proporciona una llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende:
- un motor eléctrico compuesto por un rotor y un estator;
- un mecanismo de impacto de tipo con rebote;
- medios de control de la alimentación de dicho motor que comprenden medios de regulación de la corriente de alimentación a dicho motor;
estando conectado dicho rotor de dicho motor directamente a dicho mecanismo de impacto.
De acuerdo con la invención, dichos medios de control de la alimentación a dicho motor se configuran para suministrar a dichos medios de regulación, en el curso de una operación de atornillado o desatornillado, una consigna de corriente de alimentación a dicho motor que induzca la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético predeterminado.
De este modo, la invención se basa en la utilización de una llave de impacto eléctrica con mecanismo de impacto con rebote, cuyo motor se regula en términos de par, o más particularmente en términos de corriente, en lugar de velocidad.
El hecho de que el motor se regule en par (en corriente) y no en velocidad permite evitar que, en el curso del rebote del mecanismo con rebote, la regulación del motor tienda a mantener su velocidad constante aumentando su tensión de alimentación con el riesgo de que el sistema se bloquee protegiéndose cuando la corriente de alimentación supere un umbral límite aceptable.
De acuerdo con una posible característica, dicha consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo.
De acuerdo con una posible característica, dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una o una combinación de las leyes siguientes:
- par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica o exponencial predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
De acuerdo con una característica, dichos medios de control de la alimentación de dicho motor se configuran para alimentar dicho motor en el sentido de trabajo incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote.
En el contexto de una operación de atornillado que implique al menos una interrupción de la alimentación de corriente, es posible que la energía cinética acumulada por el rotor genere un impacto y, por tanto, un rebote sin alimentación. El mantenimiento de la alimentación en el curso del rebote mencionado anteriormente no se refiere a este tipo de rebote sin alimentación ya que, por definición, se produciría en un momento en el que se corte la alimentación.
De acuerdo con una posible característica, dichos medios de control de la alimentación de dicho motor comprenden medios de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real.
De acuerdo con una posible característica, la llave de impacto comprende un gatillo de puesta en marcha y los medios de determinación de dicha consigna de la alimentación en tiempo real comprenden medios de medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó dicho gatillo de puesta en marcha.
De acuerdo con una posible característica, una llave de impacto de acuerdo con la invención comprende medios de selección por parte del usuario:
- del sentido de trabajo de la llave de impacto de atornillar o desatornillar;
- de la ley;
- del nivel de potencia.
De acuerdo con una posible característica, dichos medios de determinación de la corriente de alimentación en tiempo real utilizan:
- una medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo;
- el tipo de trabajo seleccionado por parte del usuario, atornillado o desatornillado;
- la ley seleccionada por parte del usuario;
- el nivel de potencia seleccionado por parte del usuario.
La invención también se refiere a un método de atornillado/desatornillado por medio de una llave de impacto con motor eléctrico de acuerdo con una cualquiera de las variantes anteriores que comprende una etapa de atornillado o desatornillado, comprendiendo dicha etapa de atornillado o desatornillado una etapa de suministro a dichos medios de regulación de una consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético predeterminado.
De acuerdo con una posible característica, dicha consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo.
De acuerdo con una posible característica, dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una o una combinación de varias de las leyes siguientes:
- par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica o exponencial predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
De acuerdo con una característica, dicho motor se alimenta en el sentido de trabajo, incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote.
De acuerdo con una posible característica, un método de acuerdo con la invención comprende una etapa de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real.
De acuerdo con una posible característica, un método de acuerdo con la invención comprende una etapa de medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo de puesta en marcha de dicha llave de impacto.
De acuerdo con una posible característica, un método de acuerdo con la invención comprende una etapa de selección por parte del usuario:
- del sentido de trabajo de la llave de impacto de atornillar o desatornillar;
- de la ley;
- del nivel de potencia.
De acuerdo con una posible característica, un método de acuerdo con la invención comprende una etapa de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real teniendo en cuenta:
- la medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo;
- el tipo de trabajo seleccionado por parte del usuario, atornillado o desatornillado;
- la ley seleccionada por parte del usuario;
- del nivel de potencia seleccionado por parte del usuario.
5. Lista de figuras
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la lectura de la siguiente descripción de formas de realización particulares, dadas meramente a modo de ejemplo ilustrativo y no restrictivo, y de los dibujos adjuntos, entre los cuales:
- la figura 1 ilustra una vista en sección de una llave de impacto de acuerdo con la invención:
- la figura 2 es una vista en despiece de un ejemplo de mecanismo de impacto que se puede incorporar en una llave de impacto de acuerdo con la invención:
- la figura 3 ilustra una vista en sección a lo largo del plano A-A del mecanismo de impacto de la llave de impacto de la figura 1:
- la figura 4 es una representación esquemática de un ejemplo de medios de control de acuerdo con la invención: - la figura 5 ilustra un ejemplo de control vectorial de un motor eléctrico:
- la figura 6 muestra un diagrama de flujo que ilustra diferentes fases de un método de acuerdo con la invención: - las figuras 7, 8, 9, 10 y 11 ilustran la variación en el tiempo de los impactos de par suministrados por la llave de impacto y de la consigna de corriente de alimentación del motor en el curso de una operación de atornillado de acuerdo con tres estrategias que consisten respectivamente en:
- hacer variar el par electromagnético de manera creciente dependiendo de una función lineal predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de atornillado;
- hacer variar el par electromagnético de manera creciente dependiendo de una función polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de atornillado;
- hacer variar el par electromagnético de manera decreciente dependiendo de una función lineal predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de desatornillado;
- mantener constante el par electromagnético a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado: - cuando la operación de atornillado o desatornillado comprenda al menos dos fases de duraciones predeterminadas, no suministrar ningún par electromagnético entre las fases y hacer que el par electromagnético evolucione de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de las fases.
- las figuras 12 a 15 ilustran un ejemplo de mecanismo de impacto sin rebote de acuerdo con la técnica anterior; - las figuras 16 a 26 ilustran la variación en el tiempo de los impactos de par suministrados por la llave de impacto y de la consigna de corriente de alimentación del motor r en el curso de una operación de atornillado de acuerdo con otras leyes.
6. Descripción de las formas de realización particulares
6.1. Arquitectura
Se presenta en relación con las figuras 1 a 5 un ejemplo de llave de impacto 1 de acuerdo con la invención.
Una llave de impacto 1 de este tipo comprende una carcasa 10 que alberga un motor eléctrico 11, un mecanismo de impacto 12 y un elemento de salida giratorio 13 diseñado para cooperar con una boquilla de atornillado/desatornillado. La llave de impacto comprende un gatillo de accionamiento 14.
El motor 11 comprende un rotor 111 y un estator 110. Se trata de un motor eléctrico. El motor será preferiblemente del tipo síncrono de imanes permanentes. Como alternativa, podrá ser cualquier otro tipo de motor eléctrico, como por ejemplo un motor de corriente continua, un motor asíncrono, un motor de reluctancia variable, un motor paso a paso, etc. Podrá ser monofásico o polifásico.
El rotor 111 se conecta directamente a la entrada del mecanismo de impacto 12. En otras palabras, la relación de transmisión entre el rotor y la entrada del mecanismo de impacto 12 es igual a 1.
El mecanismo de impacto 12 es del tipo con rebote. Tal como surgirá de nuevo de manera más clara posteriormente, se trata de un mecanismo de impacto con rebote de tipo Maurer. Sin embargo, podría ser cualquier otro mecanismo de impacto con rebote como, por ejemplo, y de manera no restrictiva:
- "single dog" en lengua inglesa;
- "rocking dog" en lengua inglesa;
- "two jaws" en lengua inglesa;
- "pin clutch" en lengua inglesa;
- bloque hidráulico;
El mecanismo de impacto 12 comprende una jaula 120 con capacidad de giro en contacto directo con el rotor 111 al que se conecta con capacidad de giro.
La jaula 120 está hueca y aloja dos martillos 121 fijados a la misma de manera que puedan girar en torno a ejes casi paralelos al eje de rotación de la campana por medio de pasadores 122 encajados en los orificios 123 proporcionados para este fin en la campana 120.
El mecanismo de impacto 12 comprende un cuadrado de salida 124, que se extiende en parte en el interior de los martillos 121 y la campana 120. El cuadrado de salida 124 se conecta con capacidad de giro al elemento de salida giratorio 13.
De manera convencional, la campana 120 accionada en rotación de forma directa mediante el motor 11 mueve los martillos 121 que giran alrededor de los pasadores 122 y golpean de forma simultánea contra los yunques unidos al eje de salida 124 para transmitir la energía cinética contenida en las piezas móviles (rotor 111, jaula 120, martillos 121) al cuadrado de salida 124 con impactos y hacer girar al mismo. Después de chocar con el yunque, los martillos, la jaula y el rotor rebotan en el sentido inverso al de la operación actual. En el curso de este rebote, los martillos adoptan una posición desacoplada en la que los martillos ya no están enfrente de los yunques. Los martillos mantienen esta posición momentáneamente durante la reaceleración del rotor en el sentido de la operación. De este modo, los martillos pasan por los yunques sin golpearlos lo que permite que la jaula se acelere en su movimiento de rotación. Después de una determinada rotación (del orden de una vuelta en la configuración ilustrada) de la jaula, los martillos chocan de nuevo con los yunques para transmitir la energía cinética de las piezas en movimiento al cuadrado de salida. Un principio de funcionamiento de este tipo se describe en detalle, por ejemplo, en el documento de patente US 3661 217.
Se trata, por tanto, de un mecanismo de impacto con rebote del tipo con desacoplamiento automático de los martillos con respecto del yunque en el curso del rebote y al inicio de la reaceleración y posterior reacoplamiento automático.
En términos generales, un mecanismo de impacto con rebote comprende:
- un volante de inercia (en este caso mediante la jaula 120):
- yunques (unidos al cuadrado de salida 124):
- un dispositivo de conexión mecánica entre el volante de inercia y el yunque (en este caso los martillos 121).
La llave de impacto comprende una batería 15, para alimentar el motor 11 con corriente eléctrica. En otras alternativas, la llave de impacto podrá no comprender una batería, sino un cable de conexión a la red eléctrica o de conexión a un controlador que a su vez se conecte a la red eléctrica. La red eléctrica podrá ser, por ejemplo, una red de distribución de corriente alterna rectificada. La batería, el controlador o la red eléctrica constituyen fuentes de tensión eléctrica.
La llave de impacto comprende medios de control 16 de la alimentación del motor 11. Estos medios de control 16 comprenden medios de regulación de la corriente de alimentación del motor.
Los medios de control 16 de la alimentación del motor se configuran para suministrar a los medios de regulación una consigna de corriente de alimentación que induzca la generación por parte del motor de un par electromagnético predeterminado.
Más concretamente, estos medios de control de la alimentación del motor 16 comprenden:
- medios de determinación de una consigna de corriente de alimentación en tiempo real;
- los medios de regulación de la corriente de alimentación del motor.
Estos medios de regulación de la corriente de alimentación del motor comprenden:
- un regulador que recibe la consigna de corriente de alimentación procedente de los medios de determinación y la traduce en una consigna de tensión de alimentación;
- un ondulador que recibe la consigna de tensión de alimentación y alimenta el motor, en función de esta consigna, con una corriente de alimentación del motor.
Los medios de regulación permiten garantizar que la corriente de alimentación del motor se acerque lo más posible a la consigna de corriente de alimentación.
En otras palabras, los medios de control 16 de la alimentación del motor 11 se configuran para suministrar al regulador, en el curso de una operación de atornillado o desatornillado, una consigna de corriente de alimentación sobre la base de la cual el regulador transmite al ondulador una consigna de tensión de alimentación. Sobre la base de esta consigna de tensión de alimentación, el ondulador alimenta el motor con una corriente de alimentación que induce la generación por parte del motor de un par electromagnético predeterminado proporcional a la consigna de corriente de alimentación. Preferiblemente, la consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo.
Los medios de control 16 de la alimentación del motor se configuran para suministrar al regulador, en el curso de una operación de atornillado o desatornillado, una consigna de corriente de alimentación que induzca la generación por parte del motor de un par electromagnético que evoluciona de acuerdo con diferentes leyes.
Las leyes mostradas en las figuras 7 a 11 representan la evolución de una consigna de base de la corriente de alimentación que induce el par electromagnético del motor en función del tiempo.
Siendo el par electromagnético del motor proporcional a la corriente de alimentación que induce dicho par electromagnético, por lo que la forma de esta ley es representativa de la variación en función del tiempo deseada para el par electromagnético del motor en el curso del atornillado o desatornillado.
Estas leyes que expresan dicha consigna de base de la corriente de alimentación se establecen de la siguiente manera:
- la evolución del par electromagnético en función del tiempo se determina de forma experimental para obtener una progresión óptima de atornillado o desatornillado y, a continuación, sobre esta base,
- conociendo el coeficiente de proporcionalidad entre el par electromagnético y la corriente de alimentación, se calcula la evolución de la corriente de alimentación en función del tiempo,
- se deriva de forma directa, de este modo, dicha citada ley representativa de la consigna de corriente de alimentación, imagen de dicha corriente deseada,
- se selecciona un rango de coeficientes multiplicadores aplicables a esta consigna de base, para modular la potencia de atornillado o desatornillado en función de los deseos del usuario.
El coeficiente de proporcionalidad entre el par electromagnético y la corriente de alimentación que induce dicho par depende de los parámetros de diseño del motor y se puede medir experimentalmente.
Los medios de determinación de la consigna de corriente de alimentación se configuran preferiblemente para determinar en tiempo real la consigna de corriente de alimentación que genera el par electromagnético en función:
del sentido de la operación: atornillado o desatornillado;
- de la ley seleccionada por parte del usuario expresada como una variación en el tiempo de una consigna de base de la corriente de alimentación que genera el par electromagnético;
- posiblemente de la potencia de la llave de impacto seleccionada por parte del usuario.
Los medios de determinación de la consigna de corriente de alimentación pueden, por ejemplo, comprender de forma convencional un controlador lógico programable o un microprocesador asociado a una o más memorias y que puede ejecutar un programa diseñado para determinar la consigna de corriente de alimentación. Con este objetivo, se podrá utilizar cualquier otro medio equivalente.
El sentido de la operación determina el signo de la consigna de corriente de alimentación que genera el par electromagnético, por ejemplo, positivo para un par deseado en el sentido horario y negativo para un par deseado en el sentido contra horario.
Para una ley determinada, la selección del nivel de potencia conduce a aplicar un coeficiente multiplicador al valor de la consigna de base de corriente de alimentación correspondiente a la ley elegida.
Por lo tanto, una consigna de corriente de alimentación que genera el par electromagnético se calcula en tiempo real de la siguiente manera:
- al pulsar el gatillo, se activa una medición del tiempo,
- sobre la base de una frecuencia predeterminada, el valor de la consigna de base de corriente de alimentación se lee en la ley seleccionada,
- este valor se multiplica por el coeficiente resultante del nivel de potencia elegido, si es necesario,
- se asigna un signo al valor obtenido anteriormente dependiendo de la naturaleza de la operación (desatornillado o atornillado).
De este modo, sobre la base de dicha frecuencia, se calcula una consigna de corriente de alimentación que se suministra al regulador en tiempo real.
Algunas de las leyes se ilustran en las figuras 7 a 11.
Estas figuras ilustran:
- en líneas gruesas: la variación en el tiempo de la consigna de base de corriente de alimentación que genera el par electromagnético del motor, siendo esta consigna proporcional al par electromagnético deseado;
- en líneas delgadas: la variación en el tiempo del par generado por los impactos en el elemento a atornillar/desatornillar.
De acuerdo con una primera ley, ilustrada en la figura 7, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético de manera creciente dependiendo de una función lineal predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de atornillado. Las curvas mostradas en esta figura ilustran un atornillado con corriente creciente. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo que tengan diferentes funciones lineales.
De acuerdo con una segunda ley, ilustrada en la figura 8, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético de manera creciente dependiendo de una función polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de atornillado. Las curvas mostradas en esta figura ilustran un atornillado con una corriente gradualmente creciente para limitar la reacción de la atornilladora en la puesta en marcha. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo con diferentes funciones polinómicas.
De acuerdo con una tercera ley, ilustrada en la figura 9, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de manera decreciente del par electromagnético dependiendo de una función lineal predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de desatornillado. Las curvas mostradas en esta figura ilustran un desatornillado con corriente decreciente. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo que tengan diferentes funciones lineales.
En una variante ilustrada en la figura 16, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de manera decreciente del par electromagnético dependiendo de una función polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la operación de desatornillado. Las curvas mostradas en esta figura ilustran un atornillado con corriente decreciente para limitar el par de impacto. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo con diferentes funciones polinómicas.
De acuerdo con una cuarta ley, ilustrada en las figuras 10 y 17, la consigna de la corriente de alimentación se configura para inducir par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado. Las curvas mostradas en la figura 10 ilustran un atornillado con corriente constante. Las curvas mostradas en la figura 17 ilustran un desatornillado con corriente constante. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo que tengan diferentes funciones lineales.
De acuerdo con otra ley, ilustrada en la figura 18, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético que crezca de manera exponencial a lo largo de toda una operación de atornillado. Las curvas mostradas en esta figura 10 ilustran una corriente con crecimiento exponencial progresivo para limitar la reacción de la atornilladora en la puesta en marcha y mantener un crecimiento significativo del par electromagnético entre cada impacto. La consigna de corriente de alimentación se podrá configurar para inducir una evolución del par electromagnético de manera exponencial decreciente a lo largo de toda una operación de desatornillado. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo que tengan diferentes funciones exponenciales.
De acuerdo con otra ley, ilustrada en la figura 19, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución escalonada del par electromagnético decreciente a lo largo de toda una operación de atornillado. Esto permite limitar el par de apriete final. La consigna de corriente de alimentación se podrá configurar para inducir una evolución escalonada del par electromagnético a lo largo de toda una operación de desatornillado. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo con diferentes funciones.
Se puede aplicar una ley que sea una combinación de varias leyes diferentes. A continuación, se mencionan ejemplos de este tipo con referencia a las figuras 20 a 23.
De acuerdo con otra ley, ilustrada en la figura 20, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético decreciente y, a continuación, constante a lo largo de toda una operación de atornillado. Esto permite realizar un atornillado rápido y potente al principio y, a continuación, con una potencia limitada acto seguido. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo con diferentes funciones.
De acuerdo con otra ley, ilustrada en la figura 21, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético decreciente y, a continuación, constante a lo largo de toda una operación de desatornillado. Esto permite que la disminución del par sea regular. Se pueden tener diferentes leyes de este tipo con diferentes funciones.
De acuerdo con la ley ilustrada en la figura 22, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de manera constante y, a continuación, creciente y finalmente constante del par electromagnético a lo largo de toda una operación de atornillado. Esto permite realizar un atornillado con una fase de contacto de baja potencia, una potencia que acto seguido aumenta progresivamente y, a continuación, vuelva a caer para evitar el exceso de atornillado.
De acuerdo con la ley ilustrada en la figura 23, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de manera constante del par electromagnético en el curso de un preatronillado y, a continuación, de manera constante en el curso de un desatornillado parcial y finalmente de manera constante en el curso de un potente apriete final.
Estos tipos de leyes descritos anteriormente se refieren a operaciones de atornillado o desatornillado que encadenan continuamente una sucesión de impactos hasta la consecución de un par de apriete objetivo, estando cada impacto representado en las figuras 7 a 10 por un pico.
De manera alternativa, una operación de atornillado o desatornillado puede comprender una interrupción. En este caso, esta operación comprende tres fases de duración(es) predeterminada(s): una primera y una tercera fase, por ejemplo, de acuerdo con una de las leyes anteriores o de la combinación de varias de ellas, separadas por una segunda fase durante la cual se interrumpe la alimentación del motor. Esto se ilustra mediante los ejemplos de las figuras 11 y 24. Este tipo de funcionamiento permite reproducir un uso conocido por los operarios, que consiste en reiniciar una serie de impactos en el tornillo al final de un atornillado para realizar un pequeño atornillado después del atornillado propiamente dicho para garantizar el apriete correcto.
Este principio se puede utilizar en el contexto de un atornillado, tal como se acaba de ilustrar anteriormente. También se puede utilizar en el contexto de un desatornillado, tal como se ilustra a modo de ejemplo en la figura 25. Esta figura ilustra un desatornillado que comprende una primera fase de desatornillado con corriente constante, una fase de interrupción de la alimentación del motor y, a continuación, una fase de desatornillado con corriente constante inferior. Esto permite realizar un desatornillado en dos fases, potente al principio y, a continuación, más débil para terminar, y evitar la expulsión del tornillo.
Una operación de atornillado o desatornillado podrá comprender varias interrupciones, por ejemplo, dos o más. Por ejemplo, la figura 26 ilustra una operación de atornillado que comprende dos interrupciones. En este ejemplo, la consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de manera constante del par electromagnético, seguida de una primera interrupción, seguida de una evolución de manera lineal creciente, seguida de una segunda interrupción seguida de una evolución constante del par electromagnético. Esto permite realizar una operación de atornillado con un contacto de baja potencia, seguido de un atornillado con una potencia creciente y, a continuación, un atornillado posterior a baja potencia.
Se podrá almacenar al menos una ley de al menos un tipo en la memoria asociada a una llave de impacto, ya que los números de leyes para diferentes tipos pueden no ser iguales.
Cada ley se podrá registrar en forma de una tabla de valores que asocian un valor de consigna de base de corriente de alimentación a diferentes instantes.
Tal como se puede ver en las figuras 7 a 11, antes, durante y después de cada impacto, el motor suministra un par electromagnético, incluso durante el impacto, el rebote y la aceleración del rotor. De este modo, independientemente de la ley implementada, los medios de control de la alimentación del motor se configuran para alimentar el motor en el sentido de trabajo, incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote. En otras palabras, el motor se alimenta de forma permanente mientras el operador encargado de la operación accione el gatillo o mientras el tiempo transcurrido desde el accionamiento del gatillo no alcance una duración objetivo predeterminada o mientras el número de impactos en el mecanismo de impacto no alcance un número objetivo predeterminado de impactos o mientras el par de apriete no alcance un par de apriete objetivo predeterminado. Los valores objetivos se denominan también umbrales. La única interrupción de la alimentación del motor que se puede producir es entre dos fases sucesivas de una operación de atornillado o desatornillado que comprenda varias fases sucesivas, y esto únicamente sobre la base de duraciones predeterminadas.
El sentido de trabajo es el sentido de atornillado o desatornillado, dependiendo de que se trate de un trabajo de atornillado o desatornillado.
Tal como se indicó anteriormente, los medios de control de la alimentación del motor comprenden medios de regulación de la corriente de alimentación del motor. Estos medios de regulación pueden comprender de forma convencional un ondulador 160 alimentado por una fuente de tensión continua (batería 15, red rectificada), un regulador 161, medios de medición de la posición angular del rotor con respecto al estator 162, medios de medición de la(s) corriente(s) intercambiada(s) 163 entre el motor 11 y el ondulador 160, tales como uno o más sensores de corriente. La medición de la corriente se puede realizar, por ejemplo, mediante shunt o mediante la medición del campo magnético o cualquier otra técnica adecuada.
El regulador 161 se configura para:
- recibir una consigna de corriente de alimentación predeterminada, la señal representativa de la posición angular del rotor procedente de los medios de medición de la posición angular del rotor 162 y la(s) señal(es) procedente(s) de los medios de medición de la(s) corriente(s) intercambiada(s) entre el ondulador y el motor 163, y
- calcular una consigna de tensión de alimentación y suministrarla al ondulador 160 de modo que éste último suministre al motor una corriente eléctrica de alimentación.
Más concretamente, el regulador 161 se configura para determinar una consigna de tensión de alimentación en función de la consigna de corriente de alimentación. El regulador suministra esta consigna de tensión de alimentación al ondulador 160 de tal manera que éste último alimente al motor 11 con una corriente de alimentación cuya intensidad sea proporcional a la consigna de corriente de alimentación predeterminada. El motor 11 suministra de este modo un par electromagnético predeterminado proporcional a la consigna predeterminada de corriente de alimentación mientras un operador presiona el gatillo 14 o hasta que el tiempo transcurrido desde el accionamiento del gatillo no alcance una duración objetivo predeterminada o hasta que el número de impactos en el mecanismo de impacto no alcance un número objetivo predeterminado de impactos o hasta que el par de apriete no alcance un par de apriete objetivo predeterminado.
La invención utiliza preferiblemente un control de tipo vectorial aplicado a motores síncronos polifásicos de imanes permanentes polifásicos, este tipo de control es bien conocido en la técnica anterior.
Esto permite controlar el motor de tal manera que produzca en tiempo real un par electromagnético proporcional a una consigna de corriente de alimentación predeterminada.
El control de un motor síncrono de imanes permanentes requiere el conocimiento de la posición angular del rotor con respecto al estator en tiempo real.
Se podrán utilizar diferentes tipos de medios de medición del ángulo del rotor 162.
Estos medios de medición del ángulo podrán incluir, por ejemplo, un sensor de ángulo preciso (menos de 60° eléctricos de definición). Esto permite una mejor precisión de la colocación angular de la corriente con respecto al rotor del motor. De este modo, el par electromotriz es más estable y la eficacia de la transformación de la potencia eléctrica en potencia mecánica es óptima.
Estos medios de medición del ángulo podrán incluir, por ejemplo, sensores de ángulo de tipo de efecto Hall todo o nada. Esta solución permite simplificar la integración de los medios de medición del ángulo. Los sensores de efecto Hall pueden medir directamente el campo de los imanes del rotor. Por lo tanto, el impacto en la parte giratoria del motor es muy débil. Por otra parte, la posición de la corriente con respecto al rotor no es óptima en todo momento, por lo que los rendimientos son menos buenos que con un sensor de ángulo convencional.
La utilización de un algoritmo asociado a los sensores hall permite extrapolar la posición del rotor utilizando la velocidad medida mediante el cronometrado de los cambios de estado de los sensores hall. Esto permite que la medición del ángulo del sensor Hall alcance un rendimiento que se aproxima al de sensores más precisos.
Estos medios de medición del ángulo podrán, por ejemplo, determinar la posición angular del rotor de manera algorítmica a partir del modelo matemático del motor utilizando únicamente las corrientes resultantes de un determinado conjunto de tensiones aplicadas al motor. Esta medición del ángulo permite prescindir de un sensor de ángulo. Esto permite simplificar aún más la arquitectura de la herramienta. Por otra parte, la precisión de la medición depende de la velocidad. Ello no permite obtener siempre buenos rendimientos.
Se pueden considerar diferentes modos de control.
Como se mencionó anteriormente, los medios de control 16 de la alimentación del motor utilizan preferiblemente un control de tipo vectorial. Esto permite convertir un sistema polifásico en un sistema continuo a través de transformaciones matemáticas. Ello permite regular de forma muy eficaz el par electromotriz producido por un motor síncrono.
La figura 5 ilustra uno de varios ejemplos de un control vectorial según el cual:
- las casillas "PI" corresponden a correctores integrales proporcionales:
- las transformadas de Clarke y Park y sus inversas son funciones matemáticas que permiten traducir cantidades lineales en cantidades no lineales y viceversa:
- "Ref q" corresponde a la consigna de corriente de alimentación generadora de par en el motor. Es la corriente proporcional al par electromotriz:
- "Ref d" corresponde a la consigna de corriente de alimentación generadora de flujo. Es una corriente que permite modular el flujo magnético del motor y, por tanto, modular la relación entre "Ref q" y el par electromotriz. Esta modulación provoca pérdidas en el circuito magnético del motor. Por lo tanto, se suele elegir "Ref d" = 0 para minimizar las pérdidas.
La invención tiene por objetivo generar un par electromotriz predeterminado y hace referencia muy particularmente a la regulación de la consigna de corriente de alimentación que genera el par electromagnético.
El principio de control vectorial de un motor es en sí conocido por el experto en la técnica y, por lo tanto, no se describe en este caso con más detalle.
Existen otros medios de control de la alimentación del motor, por ejemplo, un control de tipo BLDC (mediante BrushLess DC).
Un control de este tipo alimenta sólo dos fases de un motor trifásico. Estas dos fases se seleccionan en función del estado de los sensores Hall de medición angular. A continuación, la tensión se modula simplemente para regular la corriente que circula entre estas dos fases. La arquitectura de la herramienta es entonces muy sencilla. Por otra parte, la corriente no se puede situar en el ángulo ideal y, por tanto, el control no es óptimo.
Se pueden considerar diferentes modos de regulación.
El regulador 161 podrá incorporar un corrector de tipo PID bien conocido.
Además, el regulador 161 podrá incorporar un control en lazo abierto en paralelo del corrector PID. Este control, basado en el modelo del motor, permite reacciones más rápidas del control durante fuertes variaciones de los parámetros. Este tipo de control se denomina "Feedforward» en inglés que se podría traducir por precarga o control por adelantado.
También es posible una alimentación todo o nada de las dos fases activas de un control BLDC. Se alimenta energía hasta que la corriente alcanza un umbral, entonces la alimentación se detiene y se reinicia después de un tiempo determinado o después de que la corriente cae por debajo de un segundo umbral. Este método produce una corriente media relativamente estable. La estructura de la regulación es muy sencilla, pero también hay una pérdida de rendimientos.
El regulador también podrá incorporar un corrector de tipo MRC.
Los modos de control y regulación de estos tipos son, en sí mismos, conocidos por el experto en la técnica, con la particularidad, de acuerdo con la invención, de que se implementan para realizar un control del motor en corriente y no en velocidad como es el caso de la técnica anterior.
6.2. Funcionamiento
Una llave de impacto de acuerdo con la invención puede ser utilizada por un operador para llevar a cabo un método de atornillado/desatornillado.
Un método de este tipo comprende una etapa de atornillado/desatornillado 6 en el curso de la cual el elemento final hace girar una boquilla que coopera con un elemento a atornillar/desatornillar.
Una etapa de atornillado o desatornillado corresponde a una operación de atornillado llevada a cabo:
- durante un periodo de tiempo considerado por el operador y que termina mediante una liberación del gatillo: este tiempo también se puede predeterminar, en cuyo caso la llave de impacto comprende medios de medición del tiempo transcurrido desde el accionamiento del gatillo, controlando los medios de control la parada de forma automática de la llave de impacto cuando ha transcurrido este tiempo, o
- hasta que el par de apriete alcanza un valor de par objetivo predeterminado. En este caso, la llave de impacto puede comprender medios de medición del par generado por los impactos y de comparación de este par con un objetivo de par y de parada de la llave de impacto cuando el par de impacto es mayor o igual al objetivo, o incluso
- hasta que se haya generado un número de impactos. En este caso, la llave de impacto puede comprender medios de contaje de los impactos y de comparación de este número con un objetivo y de parada de la llave de impacto cuando el número de impactos es mayor o igual al objetivo.
Esta operación de atornillado o desatornillado puede comprender (véase la figura 11) o no (véanse las figuras 7 a 10) varias fases sucesivas.
El método comprende una etapa 60 de selección del tipo de operación, es decir, del sentido de giro: atornillado o desatornillado Esta selección se realiza mediante un botón de dos posiciones en la llave de impacto.
El método comprende una etapa de selección de la potencia 61 de acuerdo con la que el operador desea realizar la operación de atornillado/desatornillado.
El método comprende una etapa de selección de la ley 62.
La selección de la potencia y la ley se realiza mediante una interfaz hombre-máquina (IHM) colocada en la llave de impacto. Esta interfaz puede comprender una pantalla táctil (o un dispositivo externo que se comunique con la llave de impacto por ondas de radio o por conexión cableada) que permita al usuario desplazarse por los menús de selección.
Para iniciar una etapa de atornillado o desatornillado 6, el operador acciona el gatillo (etapa 63) y lo mantiene en posición de marcha.
Mientras el operador mantiene el gatillo en la posición de marcha o no se alcanza el período de tiempo de accionamiento objetivo o no se alcanza el par de torsión objetivo o no se alcanza el número de impactos objetivo (etapa 64), el motor se alimenta de forma permanente y en el sentido de trabajo (atornillado o desatornillado de acuerdo con la operación realizada), incluso durante el rebote del mecanismo de impacto y, por lo tanto, del rotor. En el caso de que el atornillado comprenda varias fases sucesivas, no se podrá alimentar el motor entre dos fases sucesivas.
Cuando el operador suelta el gatillo o se alcanza el período de tiempo de accionamiento objetivo o se alcanza el par objetivo o se alcanza el número de impactos objetivo, la operación de atornillado-desatornillado finaliza (etapa 67).
El método comprende, en el curso de la etapa de atornillado o desatornillado 6, una etapa de determinación de una consigna de corriente de alimentación del motor 65 y una etapa de alimentación del motor 66, en función de esta consigna, con una corriente de alimentación, que induce la generación por parte del motor de un par electromagnético predeterminado.
La consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte del motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo y se determina en función del tipo de operación (atornillado o desatornillado), la potencia y la ley seleccionadas.
La consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución del par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las siguientes leyes de alimentación:
- par electromagnético que varía de manera creciente para un atornillado dependiendo de una función lineal o polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda la etapa o decreciente para un desatornillado,
- par electromagnético constante a lo largo de toda la etapa de atornillado o desatornillado,
- la etapa de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada la consigna de corriente de alimentación para que el motor no suministre ningún par electromagnético entre las al menos dos fases y para inducir una evolución del par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de las fases.
Más concretamente, en cuanto el operador pulsa el gatillo, los medios de control de la alimentación del motor calculan en tiempo real y dependiendo de una frecuencia predeterminada la consigna de corriente de alimentación. Este cálculo tiene en cuenta:
- el tipo de operación: atornillado o desatornillado
- el valor de la consigna de base de corriente de alimentación que la ley elegida proporciona en el momento de la determinación. Este momento se mide a partir del inicio de la pulsación del gatillo.
- la potencia deseada, este nivel de potencia corresponde a un factor multiplicador que se aplica al valor de la consigna de corriente de alimentación definida por la ley de alimentación.
El valor de la consigna de corriente de alimentación calculada se suministra en tiempo real y dependiendo de una frecuencia predeterminada al regulador 161. El regulador calcula en tiempo real una consigna de tensión de alimentación, en particular en función de la consigna de corriente de alimentación.
El regulador también puede tener en cuenta otros parámetros para determinar la consigna de corriente de alimentación del motor, como por ejemplo la posición angular del rotor con respecto al estator del motor, la(s) corriente(s) de alimentación del motor suministrada(s) por el ondulador al motor.
La consigna de tensión de alimentación permite controlar el ondulador 160 de modo que alimente al motor con una corriente de alimentación que induzca la generación por parte del motor de un par electromagnético predeterminado.
El regulador se encarga de garantizar que la corriente consumida por el motor se aproxime lo más posible a la consigna de corriente de alimentación calculada y esto durante la duración total de la operación de atornillado o desatornillado.
Tal como se mencionó anteriormente, los diferentes tipos de control considerados, control vectorial y BLDC, pertenecen a la técnica anterior y no se detallará más su funcionamiento.
De este modo, el motor hace girar el mecanismo de impacto que transmite sucesivos impulsos de par al elemento final giratorio para accionar el atornillado o desatornillado del elemento a apretar o aflojar.
Después de cada impulso de par, el rotor rebota en el sentido inverso del trabajo actual de acuerdo con el funcionamiento convencional de un mecanismo de impacto de tipo con rebote. Como el motor se regula por corriente y no por velocidad, los rebotes del motor no tienen ningún efecto particular sobre la corriente consumida por el motor y, por lo tanto, no se tienen en cuenta para su control.
Tal como se explicó anteriormente, de acuerdo con la invención, el motor se alimenta en el sentido de trabajo (sentido de atornillado si la operación realizada es un atornillado, sentido de desatornillado si la operación realizada es un desatornillado) de forma permanente, a lo largo de toda una operación de atornillado/desatornillado, es decir, incluso durante el rebote del rotor.
El motor se regula no en velocidad sino en intensidad predeterminada (es decir, en corriente) de modo que suministre un par electromagnético predeterminado.
De este modo, durante las fases de rebote del rotor, la regulación no aumenta la intensidad de la corriente de alimentación del motor, por lo que no es necesario cortar esta alimentación, a diferencia de la técnica anterior. Por lo tanto, el motor tiene un comportamiento próximo a un motor neumático, al que se alimenta con aire comprimido de forma permanente y, por lo tanto, proporciona un par, en esencia, constante.
Por lo tanto, una corriente estable o progresiva (y por lo tanto un par electromagnético estable o progresivo) proporciona al operador un par de reacción estable o progresivo en el cuerpo de la herramienta, lo que reduce en gran medida las vibraciones que se sienten y mejora la comodidad del operador.
La técnica de acuerdo con la invención permite de este modo no sólo preservar el sistema alimentando de forma permanente el motor y evitando una elevación de la intensidad de alimentación, sino que también permite mejorar la ergonomía de la llave de impacto.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Llave de impacto que comprende:
- un motor eléctrico que comprende un rotor y un estator:
- un mecanismo de impacto de tipo con rebote:
- medios de control de la alimentación de energía a dicho motor que comprenden medios de regulación de la corriente de alimentación a dicho motor;
estando dicho rotor de dicho motor conectado directamente a dicho mecanismo de impacto, caracterizada por que dichos medios de control de la alimentación de dicho motor se configuran para suministrar a dichos medios de regulación, en el curso de una operación de atornillado o desatornillado, una consigna de corriente de alimentación del motor que induzca la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético predeterminado, y por que dichos medios de control de la alimentación de dicho motor se configuran para alimentar dicho motor en el sentido de trabajo, incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote.
2. Llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo.
3. Llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 2, en la que dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes siguientes:
- par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
4. Llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 2, en la que dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una o la combinación de varias de las leyes siguientes:
- par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica o exponencial predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado, - par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
5. Llave de impacto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos medios de control de la alimentación a dicho motor comprenden medios de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real.
6. Llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende un gatillo de puesta en marcha y en la que dichos medios de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real comprenden medios de medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó dicho gatillo de puesta en marcha.
7. Llave de impacto de acuerdo con la reivindicación 3 o 4 y una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6 que comprende medios de selección por parte del usuario:
- del sentido de trabajo de la llave de impacto de atornillar o desatornillar:
- de la ley:
- del nivel de potencia.
8. Llave de impacto de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7, en la que dichos medios de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real utilizan:
- una medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo;
- el tipo de trabajo seleccionado por parte del usuario: atornillado o desatornillado;
- la ley seleccionada por parte del usuario;
- el nivel de potencia seleccionado por parte del usuario.
9. Método de atornillado/desatornillado por medio de una llave de impacto con motor eléctrico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 que comprende una etapa de atornillado o desatornillado, comprendiendo dicha etapa de atornillado o desatornillado una etapa de suministro a dichos medios de regulación de una consigna de corriente de alimentación que induzca la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético predeterminado, siendo dicho motor alimentado en el sentido de trabajo incluso en el curso del rebote del mecanismo de impacto con rebote.
10. Método de atornillado/desatornillado de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha consigna de corriente de alimentación que induce la generación por parte de dicho motor de un par electromagnético se predetermina en función del tiempo.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 10 en el que dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes siguientes: - par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 10 en el que dicha consigna de corriente de alimentación se configura para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una o la combinación de varias de las leyes siguientes:
- par electromagnético que varía de manera creciente o decreciente dependiendo de una función lineal o polinómica o exponencial predeterminada en función del tiempo a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado, - par electromagnético constante a lo largo de toda dicha operación de atornillado o desatornillado,
- dicha operación de atornillado o desatornillado comprende al menos dos fases de duraciones predeterminadas, estando configurada dicha consigna de corriente de alimentación para que dicho motor no suministre ningún par electromagnético entre dichas al menos dos fases, durante una duración predeterminada, y para inducir una evolución de dicho par electromagnético predeterminado de acuerdo con una de las leyes anteriores en el curso de dichas fases.
13. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 que comprende una etapa de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real.
14. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 que comprende una etapa de medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo de puesta en marcha de dicha llave de impacto.
15. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14 que comprende una etapa de selección por parte del usuario:
- del sentido de trabajo de la llave de impacto de atornillar o desatornillar:
- de la ley;
- del nivel de potencia.
16. Método de acuerdo con las reivindicaciones 14 y 15 que comprende una etapa de determinación de dicha consigna de corriente de alimentación en tiempo real teniendo en cuenta:
- la medición del tiempo transcurrido desde que se pulsó el gatillo:
- el tipo de trabajo seleccionado por parte del usuario, atornillado o desatornillado:
- la ley seleccionada por parte del usuario:
- el nivel de potencia seleccionado por parte del usuario.
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