ES2912170T3 - Herramienta de pulso eléctrico - Google Patents
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Abstract
Una herramienta de pulso eléctrico (100) que comprende: un motor eléctrico (10) conectado de manera accionante a un volante de inercia (20) en forma de cilindro que encierra un elemento de accionamiento (40) y un muelle de compresión (50); un eje de salida (30); por lo que la herramienta de pulso eléctrico (100) es operativa para hacer oscilar el volante de inercia (20) entre una primera y una segunda dirección, donde el volante de inercia (20) está dispuesto para accionar el elemento de accionamiento (40) en la primera dirección para proporcionar un pulso de par de torsión en el eje de salida (30) en la primera dirección, con lo cual el elemento de accionamiento (40) comprime el muelle de compresión (50), a través de una primera y una segunda superficies de leva (41, 21) , donde el elemento de accionamiento (40) está dispuesto para accionar el volante de inercia (20) en la segunda dirección, cuando el muelle de compresión (50) se descomprime y obliga al elemento de accionamiento (40) a rotar en la segunda dirección.
Description
DESCRIPCIÓN
Herramienta de pulso eléctrico
Campo técnico de la invención
La presente divulgación se refiere a una herramienta de pulso eléctrico.
Antecedentes de la invención
Las herramientas eléctricas para sujetar pernos, tornillos y tuercas se utilizan en muchas aplicaciones diferentes. En la mayoría de estas aplicaciones se desea o incluso se requiere poder controlar la fuerza de sujeción o, al menos, un par de torsión asociado.
Un problema que se encuentra cuando se operan herramientas eléctricas, en particular herramientas eléctricas de mano, es que el operador está sujeto a una fuerza de reacción. Una forma de reducir la fuerza de reacción transferida al operador es utilizar un motor eléctrico pulsado que se alimenta con una serie de pulsos de energía que conducen el motor eléctrico de forma pulsada. La energía puede suministrarse normalmente en forma de pulsos de corriente. De este modo, se puede reducir la fuerza de reacción a la que requiere hacer frente el operario. Una desventaja de este método son las altas vibraciones.
Otra forma de reducir la fuerza de reacción es acelerar una masa de inercia y acoplar la masa de inercia a una pieza de trabajo con un medio de embrague. Un tipo de medio de embrague es un embrague mecánico. Este tipo de herramientas suelen llamarse llaves de impacto. Uno de los problemas de las llaves de impacto es que el acoplamiento y desacoplamiento del embrague desafortunadamente produce ruido y desgaste.
Otro problema con las llaves de impacto es que es imposible controlar y medir el par de torsión que se ha entregado a la junta debido al tiempo extremadamente corto de los pulsos de impacto del par de torsión.
Otro tipo de medio de embrague es un embrague hidráulico. Este tipo de herramientas suelen denominarse herramientas de pulso. Aunque su funcionamiento es más silencioso que el de los embragues mecánicos existentes, las herramientas de pulso también son sensibles a la pérdida de los límites de los fluidos hidráulicos. Otro problema de las herramientas de pulso son las altas pérdidas de energía en la unidad de pulso.
El documento WO9853960 divulga una herramienta basada en una masa oscilante resonante que incluye una masa oscilante resonante giratoria y un muelle de doble rigidez que conecta la masa oscilante a una pieza de trabajo fija de fricción giratoria. Sin embargo, un problema de esta herramienta es que el diseño del muelle consiste en cuatro "dedos" que deben doblarse elásticamente. Si los dedos no se hacen muy grandes y pesados es probable que se rompan después de unos pocos miles de aprietes. El requisito para este tipo de herramientas suele ser de 250000 aprietes o más sin que fallen. El documento US5845718 divulga una herramienta similar que utiliza un muelle de torsión para almacenar la energía oscilante que luego se libera en forma de pulsos, enfrentándose al mismo problema que la herramienta anteriormente mencionada.
Dado que existe un deseo constante de mejorar el funcionamiento de las herramientas eléctricas, existe la necesidad de una herramienta de energía eléctrica mejorada.
Breve descripción de la invención
Es un objeto de la invención proporcionar una herramienta de pulso eléctrico mejorada que sea más eficiente energéticamente, más fácil de fabricar y menos sensible al mal funcionamiento.
Este objeto se logra de acuerdo con un primer aspecto de la divulgación mediante una herramienta de pulso eléctrico que comprende un motor eléctrico conectado de manera accionante a un volante de inercia en forma de cilindro que encierra un elemento de accionamiento y un muelle de compresión. La herramienta de pulso eléctrico comprende además un eje de salida; por lo que la herramienta de pulso eléctrico es operativa para hacer oscilar el volante de inercia entre una primera y una segunda dirección. En donde el volante de inercia está dispuesto para accionar el elemento de accionamiento en la primera dirección para proporcionar un pulso de par de torsión en el eje de salida en la primera dirección, por lo que el elemento de accionamiento comprime el muelle de compresión, a través de una primera y una segunda superficies de leva. En donde el elemento de accionamiento está dispuesto para accionar el volante de inercia en la segunda dirección, cuando el muelle de compresión se descomprime y obliga al elemento de accionamiento a rotar en la segunda dirección.
Una ventaja de las realizaciones ejemplares de esta divulgación es que la herramienta de pulso eléctrico es mucho más eficiente energéticamente que, por ejemplo, una herramienta de pulso de aceite. Esto se debe a que la herramienta de pulso eléctrico, entre otras cosas, no contiene ninguna articulación que cause fricción en la unidad de pulso, y porque la energía se reutiliza en los muelles durante el movimiento de rebote.
Breve descripción de las figuras
La presente invención se describirá ahora con más detalle mediante ejemplos no limitantes y con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
- La Fig. 1 muestra una sección longitudinal a través de una herramienta de pulso eléctrico 100 según una realización ejemplar.
- La Fig. 2 muestra una vista en despiece de una realización ejemplar de la herramienta de pulso eléctrico 100.
Descripción detallada de la invención
A continuación se describirá una herramienta de pulso eléctrico. En las figuras, los números de referencia similares designan elementos idénticos o correspondientes a lo largo de las distintas figuras. Se apreciará que estas figuras son sólo ilustrativas y no restringen en modo alguno el alcance de la invención. También es posible combinar características de diferentes realizaciones descritas para satisfacer necesidades de implementación específicas.
La Fig. 1 representa una realización ejemplar de una herramienta de pulso eléctrico 100 de acuerdo con la presente divulgación. La herramienta de pulso eléctrico 100 está configurada para realizar operaciones de apriete en las que se entrega un par de torsión para apretar un elemento de fijación, como juntas de tornillos, o una acción similar que implica una acción de rotación realizada por la herramienta de pulso eléctrico 100. Para ello, la herramienta de pulso eléctrico 100 comprende un motor eléctrico 10 que tiene un rotor 11 y un estator 12. La herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para poder rotar el motor eléctrico 10 tanto en una primera dirección como en una segunda dirección.
La herramienta eléctrica de pulsos 100 comprende además un volante de inercia 20 conectado de forma motriz al motor eléctrico 10. Además, la herramienta eléctrica de pulso 100 comprende un elemento de accionamiento 40, en el que el eje de salida está conectado al elemento de accionamiento 40. La herramienta de pulso eléctrico 100 comprende además un muelle de compresión 50. La herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para hacer oscilar el volante de inercia 20 entre una primera y una segunda dirección. En el que el volante de inercia 20 está dispuesto para accionar el elemento de accionamiento 40 en la primera dirección para proporcionar un pulso de par en el eje de salida 30 en la primera dirección, por lo que el elemento de accionamiento 40 está dispuesto para comprimir el muelle de compresión 50. Y donde el elemento de accionamiento 40 está dispuesto para accionar el volante de inercia 20 en la segunda dirección, por lo que el muelle de compresión 50 presiona el elemento de accionamiento 40 y donde el muelle de compresión 50 se descomprime.
Inicialmente, cuando la herramienta de pulso eléctrico 100 aprieta una junta, el par de torsión del rotor 11 es suficiente para recorrer la junta en un movimiento continuo. Cuando el par de torsión requerido comienza a acumularse y el par de torsión requerido para continuar apretando la junta excede el par de torsión del rotor 11, el par de torsión entregado por el rotor 11 ya no podrá continuar apretando la junta en un movimiento continuo. En esta etapa, la herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para hacer oscilar el volante de inercia 20 entre la primera y la segunda dirección. En esta etapa, el volante de inercia 20 acciona el elemento de accionamiento 40 en la primera dirección para proporcionar un pulso de par de torsión en el eje de salida 30 en la primera dirección, por lo que el elemento de accionamiento 40 comprime el muelle de compresión 50. Y donde el elemento de accionamiento 40 está dispuesto para accionar el volante de inercia 20 en la segunda dirección, por lo que el muelle de compresión 50 presiona el elemento de accionamiento 40 y donde el muelle de compresión 50 se descomprime.
De este modo, se obtiene una acción pulsante del eje de salida 30 que proporciona pulsos de mayor par de torsión que los generados por el rotor 11. El eje de salida pulsante 30 puede entonces apretar aún más la junta hasta que se haya entregado un par de torsión deseado a la junta.
Por lo tanto, utilizando la masa oscilante del volante de inercia 20 es posible lograr pares de torque de salida muchas veces superiores al motor eléctrico 10. En este proceso se eliminaría algo de energía de las partes oscilantes de la herramienta de pulso eléctrico 100. El motor eléctrico 10 repondría esta energía y añadiría más con la oscilación repetida permitiendo que la oscilación continúe acumulándose. Cuando se alcanza el par de torque deseado del elemento de sujeción, el motor eléctrico 10 deja de excitar el volante de inercia 20.
En una operación de apriete, la herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para proporcionar un par mayor en la primera dirección que en la segunda dirección. Según una realización ejemplar, esto se consigue mediante el volante de inercia 20 y el elemento de accionamiento 40 dispuestos para proporcionar una mayor resistencia a la torsión para el motor eléctrico 10 en la primera dirección que en la segunda dirección. Esto tendrá el efecto de que la herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para proporcionar un par de torsión mayor en el eje de salida 30 en la primera dirección que en la segunda dirección.
Según otra realización ejemplar, la herramienta de pulso eléctrico 100 está dispuesta de manera que el motor eléctrico 10 proporciona un par de torsión mayor en la primera dirección en comparación con la segunda dirección. La diferencia en
el par de torsión aplicado por el motor eléctrico 10 evita así el desapriete de la junta en la segunda dirección.
Según otra realización ejemplar, la herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para acelerar el volante de inercia después de cada pulso en la segunda dirección, en el caso de que la segunda dirección sea la de dirección de apriete.
Según otra realización ejemplar, la herramienta de pulso eléctrico 100 es operativa para acelerar el volante de inercia después de cada pulso en la segunda dirección y después de cada pulso en la primera dirección. Una ventaja con esta realización es que el tiempo entre los pulsos se acorta.
Una ventaja según una realización ejemplar de la presente invención es la baja fuerza de reacción y la baja vibración. Otra ventaja según una realización ejemplar de la presente invención es que la herramienta de pulso eléctrico 100 es más fácil de controlar y exhibe una mayor precisión de par de torsión. La herramienta de pulso eléctrico 100 de la presente divulgación entrega el par de torsión a la junta en pulsos de par de torsión más pequeños y frecuentes. Estos pulsos de par de torsión más pequeños permiten un control más fino sobre el par de torsión aplicado y es menos dependiente de la rigidez de la junta. Otra ventaja es la alta eficiencia energética, ya que la energía almacenada en el muelle de compresión 50 se utiliza para accionar el elemento de accionamiento 40 cuando el muelle de compresión 50 se descomprime. En comparación con una herramienta de pulso de aceite, la herramienta de pulso eléctrica según la presente divulgación es mucho más eficiente energéticamente ya que hay menos pérdidas por fricción en la herramienta de pulso eléctrica según la presente divulgación.
Refiriéndose ahora a la figura 2, que revela una vista en despiece de las realizaciones ejemplares de la herramienta de pulso eléctrico 100. Como puede verse en la figura 2, el volante de inercia 20 tiene forma de cilindro y una segunda superficie de leva 21 está dispuesta o conectada al interior de un lado de la base del volante de inercia 20. En esta realización ejemplar, el volante de inercia con forma de cilindro encierra el elemento de accionamiento 40 y el muelle de compresión 50. En esta realización ejemplar, el elemento de accionamiento 40 está dispuesto axialmente en el eje de salida 30 de la herramienta eléctrica de pulso 100.
Según esta realización ejemplar, el elemento de accionamiento 40 comprende o está conectado a una primera superficie de leva 41. La primera superficie de leva 41 y la segunda superficie de leva 21 están dispuestas de tal manera que el volante de inercia 20 acciona el elemento de accionamiento 40 y, por tanto, el eje de salida 30 en la primera dirección. La primera superficie de leva 41 y la segunda superficie de leva 21 además están dispuestas de tal manera que el elemento de accionamiento 40 comprime el muelle de compresión 50. Además, la primera superficie de leva 41 y la segunda superficie de leva 21 están dispuestas de tal manera que el elemento de accionamiento 40 acciona el volante de inercia 20 del eje de salida 30 en la segunda dirección cuando el muelle de compresión 50 se descomprime y presiona el elemento de accionamiento 40.
En otra realización ejemplar de la herramienta de pulso eléctrico 100, la primera 41 y la segunda superficie de leva 21 comprenden ranuras para las bolas o rodillos que se apoyan en la primera 41 y la segunda 21 superficies de leva. Las ranuras pueden tener una inclinación más pronunciada en la primera dirección que en la segunda dirección. Esto es ventajoso porque el par de torsión en la segunda dirección puede entonces diseñarse para que sea menor que en la primera dirección, con lo que no se afloja la junta. En las posiciones finales de las ranuras inclinadas, las bolas presionarán el elemento de accionamiento 40 y el volante de inercia 20, comprimiendo así el muelle de compresión 50.
Según una realización ejemplar, el volante de inercia 20 está dispuesto para accionar el elemento de accionamiento 40 y, por tanto, el eje de salida 30 en la primera dirección cuando hay una primera posición relativa entre el volante de inercia 20 y el elemento de accionamiento 40. Al mismo tiempo, el muelle de compresión 50 se comprime y almacena algo de energía. En esta realización ejemplar, el elemento de accionamiento 40 está dispuesto para accionar el volante de inercia 20 y, por tanto, el eje de salida 30 en la segunda dirección cuando hay una segunda posición relativa entre el volante de inercia 20 y el elemento de accionamiento 40.
En una realización ejemplar, la primera superficie de leva 41 y la segunda superficie de leva 21 están dispuestas de tal manera que el volante de inercia 20 acciona el elemento de accionamiento 40 y, por tanto, el eje de salida 30 en la primera dirección cuando hay una primera posición relativa entre el volante de inercia 20 y el elemento de accionamiento 40. Al mismo tiempo, el muelle de compresión 50 se comprime y almacena algo de energía. Y el elemento de accionamiento 40 acciona el volante de inercia 20 y por lo tanto el eje de salida 30 en la segunda dirección cuando hay una segunda posición relativa entre el elemento de accionamiento 40 y el volante de inercia 20.
Según una realización ejemplar, el muelle de compresión 50 está formado por al menos un muelle de disco, un muelle ondulado o un muelle helicoidal. Según una realización ejemplar, la herramienta de pulso eléctrico 100 comprende además un sensor adaptado para medir una velocidad de rotación del rotor. En otra realización ejemplar, la herramienta eléctrica de pulsos 100 comprende sensores adicionales para supervisar uno o varios parámetros relacionados con la operación realizada por la herramienta eléctrica 100. Tales parámetros pueden ser típicamente un pulso de par de torsión entregado, etc. Los sensores pueden ser, por ejemplo, uno o más de un sensor de par de torsión, un sensor de ángulo, un acelerómetro, un sensor giroscópico, o similares.
La herramienta de pulso eléctrico 100 comprende además un mango 22, que es de tipo pistola en la realización mostrada.
Sin embargo, la invención no se limita a tal configuración, sino que puede aplicarse en cualquier tipo de herramienta de pulso eléctrico 100 y no se limita al diseño de la Fig. 1. Una fuente de alimentación 24 está conectada al motor eléctrico 10. En la realización mostrada, la fuente de alimentación 24 es una batería que puede estar dispuesta en la parte inferior del mango de la herramienta eléctrica de pulso 100. También se contemplan otros tipos de fuentes de alimentación, como una fuente de alimentación externa que suministra energía a través de un cable eléctrico a la herramienta eléctrica de pulsos 100. La herramienta eléctrica de pulsos 100 puede comprender además un gatillo 23 dispuesto para ser manipulado por el operador para controlar la alimentación del motor eléctrico 10.
La herramienta de pulso eléctrico 100 comprende además un procesador 16 dispuesto para controlar el motor eléctrico 11. La herramienta de pulso eléctrico 10 también comprende una memoria 26 que contiene instrucciones ejecutables por el procesador 16. El procesador 16 es una Unidad Central de Procesamiento, CPU, microcontrolador, Procesador Digital de Señales, DSP, o cualquier otro tipo de procesador adecuado capaz de ejecutar código de programa de ordenador. La memoria 26 es una memoria de acceso aleatorio, RAM, una memoria de sólo lectura, ROM, o un almacenamiento persistente, por ejemplo, una memoria magnética, una sola o una combinación de una memoria óptica o una memoria de estado sólido, o incluso una memoria montada remotamente.
La presente divulgación también se refiere a un medio de almacenamiento legible por ordenador, que tiene almacenado en él un programa de ordenador que, cuando se ejecuta en la herramienta de pulso eléctrico 100, hace que la herramienta de pulso eléctrico 10 haga oscilar el volante de inercia 20 entre la primera y la segunda dirección. El programa de ordenador que, cuando se ejecuta en la herramienta de pulso eléctrico 100, hace que la herramienta de pulso eléctrico 10 sea operativa de acuerdo con las otras realizaciones ejemplares descritas en la presente divulgación.
Según una realización ejemplar, cuando el código de programa informático mencionado anteriormente se ejecuta en el procesador 16 de la herramienta de pulso eléctrico 100, hace que la herramienta de pulso eléctrico 10 haga oscilar el volante de inercia 20 entre la primera y la segunda dirección, y sea operativa según las otras realizaciones ejemplares descritas en la presente divulgación.
Así, según una realización ejemplar, la herramienta de pulso eléctrico 100 comprende el procesador 16 y la memoria 26 que contiene instrucciones ejecutables por el procesador 16, por lo que la herramienta de pulso eléctrico 10 es operativa para hacer oscilar el volante de inercia 20 entre la primera y la segunda dirección y ser operativa según las otras realizaciones ejemplares descritas en la presente divulgación.
De acuerdo con una realización, la medición del par de torque en la herramienta de pulso eléctrico 100, tal y como se describe en el presente documento, puede obtenerse mediante la medición de la velocidad de rotación, en particular la velocidad de rotación máxima, en la segunda dirección (es decir, la dirección opuesta a la dirección de apriete) del rotor 11. En otras palabras, la velocidad de rotación en la segunda dirección corresponde a un par de torsión particular para una herramienta de pulso eléctrico 100 concreta. Esto es posible utilizando la herramienta de pulso eléctrico 100 tal como se describe en el presente documento, ya que la velocidad de rotación en la segunda dirección proporcionará una buena medición del par de torsión instalado en la junta al apretar una junta como resultado de las propiedades de rebote de la herramienta de pulso eléctrico 100.
Claims (13)
1. Una herramienta de pulso eléctrico (100) que comprende:
un motor eléctrico (10) conectado de manera accionante a un volante de inercia (20) en forma de cilindro que encierra un elemento de accionamiento (40) y un muelle de compresión (50); un eje de salida (30); por lo que la herramienta de pulso eléctrico (100) es operativa para hacer oscilar el volante de inercia (20) entre una primera y una segunda dirección, donde el volante de inercia (20) está dispuesto para accionar el elemento de accionamiento (40) en la primera dirección para proporcionar un pulso de par de torsión en el eje de salida (30) en la primera dirección, con lo cual el elemento de accionamiento (40) comprime el muelle de compresión (50), a través de una primera y una segunda superficies de leva (41, 21) , donde el elemento de accionamiento (40) está dispuesto para accionar el volante de inercia (20) en la segunda dirección, cuando el muelle de compresión (50) se descomprime y obliga al elemento de accionamiento (40) a rotar en la segunda dirección.
2. La herramienta de pulso eléctrico (100) según la reivindicación 1, donde el elemento de accionamiento (40) comprende una primera superficie de leva (41).
3. La herramienta de pulso eléctrico (100) según la reivindicación 2, donde el volante de inercia (20) comprende o está conectada a una segunda superficie de leva (21).
4. La herramienta de pulso eléctrico (100) según la reivindicación 3, donde la segunda superficie de leva (21) está dispuesta en el interior de un lado de la base del volante de inercia (20).
5. La herramienta de pulso eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, donde la primera y la segunda superficies de leva (41,21) comprenden ranuras para bolas o rodillos que se apoyan en la primera y la segunda superficies de leva.
6. La herramienta de pulso eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el muelle de compresión (50) está formado por al menos un muelle de disco.
7. La herramienta de pulso eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el pulso de par de torsión en la primera dirección es de mayor magnitud que un pulso de par de torsión en la segunda dirección.
8. La herramienta eléctrica de pulso (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el volante de inercia (20) y el elemento de accionamiento (40) están dispuestos para proporcionar una mayor resistencia a la torsión del motor eléctrico (10) en la primera dirección que en la segunda dirección.
9. La herramienta eléctrica de pulsos (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la herramienta eléctrica de pulsos (100) es además operativa para acelerar el volante de inercia (20) en la primera dirección después de cada pulso en la segunda dirección.
10. La herramienta de pulso eléctrico (100) según la reivindicación 9, donde la herramienta de pulso eléctrico (100) es además operativa para acelerar el volante de inercia (20) en la primera dirección después de cada pulso en la segunda dirección y acelerar el volante de inercia (20) en la segunda dirección después de cada pulso en la primera dirección.
11. La herramienta de pulso eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el elemento de accionamiento (40) está dispuesto axialmente en un eje de salida (30) de la herramienta de pulso eléctrico (100).
12. La herramienta de pulso eléctrico (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además un sensor adaptado para medir una velocidad de rotación del rotor (10).
13. La herramienta eléctrica de pulso (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde el volante de inercia (20) está dispuesta para accionar el elemento de accionamiento (40) en la primera dirección cuando hay una primera posición relativa entre el volante de inercia (20) y el elemento de accionamiento (40) y el elemento de accionamiento (40) está dispuesto para accionar el volante de inercia (20) en la segunda dirección cuando hay una segunda posición relativa entre el elemento de accionamiento (40) y el volante de inercia (20).
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