CN108025390A - 用于设定定位元件的手持式设备以及使用该设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将定位元件（12）设定在部件中的手持式装置（10）。该装置包括：手柄（14），用于保持该装置；支架（34），可以相对于手柄移动，并且支架携带旋转支撑的驱动轴（46），在驱动轴一端形成用于定位元件的底座；蓄力器（44），连接在手柄和支架之间，并且用于存储确定的进给力，蓄力器可以通过手柄和支架之间的相对运动来加载进给力；以及力限制器（64），用于限制存储在蓄力器中的进给力，其中，蓄力器构造成经由支架将存储的进给力施加到定位元件上。本发明还涉及通过上述装置手动设定定位元件的方法。

Description

用于设定定位元件的手持式设备以及使用该设备的方法

技术领域

本发明涉及一种手持式装置，用于在定位元件和部件之间发生摩擦焊接连接的同时，将定位元件设定在部件中。

背景技术

现有技术中已知一种用于设定定位元件的固定的、全自动的设备。它通常附接到机器人手臂，并完全由电脑自动控制。这样的装置包括旋转进给单元，定位元件通过该旋转进给单元可设置为围绕旋转轴线旋转，并且沿着旋转轴线方向作用的进给力通过该旋转进给单元可以同时施加到定位元件上。如果例如在车间中购买这种全自动设备太昂贵，或者如果例如由于维护工作而导致这样的固定装置停机，则需要至少暂时通过手接管定位元件的设定。原则上，商业钻机可用于此目的，其中定位元件所需的旋转由钻机产生，并且进给力由相应使用者的肌肉力量产生。

在这种情况下由于所施加的进给力取决于使用者，但是通过商业钻机无法确保在多个定位过程中进给力即定位元件的可重现进给是恒定的，这最终产生不同质量的过程结果。

发明内容

本发明的基本目的是提供一种能够手动执行可重现质量的定位程序的装置。

该目的由具有如下特征的装置来满足，并且尤其在于，该装置具有连接在手柄和支架之间的蓄力器，并且该蓄力器用于存储确定的进给力，蓄力器可以通过手柄和支架之间的相对运动加载进给力；在于，该装置还具有用于限制存储在蓄力器中的进给力的力限制器；并且在于，蓄力器构造成通过支架将存储的进给力施加到定位元件上。

本发明的基本构思是将施加到定位元件上的进给力与使用者施加的力分离，即，不直接用使用者的力作为进给力，而是使用它来加载蓄力器并最终通过蓄力器为定位元件施加进给力。在这方面，蓄力器的负载是有限的，因此——在使用者已经施加最小的力来完成蓄力器的加载的情况下——蓄力器将不断可重现的进给力施加到支架上，并施加到与其连接的定位元件上。最终，由此可以基本上独立于使用者所施加的力来产生可重现的进给力进程，因此可以确保设定结果的永久良好且特别可重现的质量。

本发明的有利实施例可以由从属权利要求、由说明书和附图中看出。

手柄优选地包括两个细长的夹持元件，其基本彼此平行地布置和/或以与可以配备有定位元件的驱动轴的旋转轴线相同的间距布置。这具有如下优点：所需的轴向力可以由两个臂施加，而这样做不会在装置上产生所导致的转矩。

蓄力器可以包括弹簧，例如压缩弹簧，或者可以构造为弹簧。然而，也可以设想其它类型的蓄力器或能量装置，例如液压储存器、气动储存器、电子储存器、电池和/或机电存储器（electromechanical store）。

力限制器形成在特别便宜的实施例中，该实施例通过两个相应的力限制抵接件（force limitation abutment）易于制造。在这方面，第一力限制抵接件可以设置在支撑部件处，并且第二力限制抵接件可以设置在手柄处。或者，部件本身可以形成第一力限制抵接件。

为了能够设定由蓄力器施加到支架的力，第一力限制抵接件和/或第二力限制抵接件可以在轴向方向上，即在旋转轴线的方向上进行调节。

根据有利的实施例，装置包括用于驱动该驱动轴的发动机，特别是电动机。发动机优选布置在支架上。为了能够可靠地进行摩擦焊接工艺，发动机优选构造成能够以大于4000转/分的转速驱动该驱动轴。为了能够更快地停止发动机以实现熔化材料的理想固化，发动机可配备主动制动功能。

发动机一般可以手动启动。然而，为了提高设定过程的可靠性和可重现性，优选地设置用于检测力限制器的启用（activation）的第一检测工具，特别是用于检测设置在支撑部件处的第一力限制抵接件与设置在手柄处的第二力限制抵接件之间的接触的检测工具。换句话说，第一检测工具识别何时蓄力器被加载到最大，以便在那时触发实际设定过程的自动起动。为此目的，第一检测工具可以包括第一开关，该第一开关连接到发动机，特别是电动机，可驱动地（drive-effectively）耦合到驱动轴，以在检测到力限制器的启用时接通发动机。

此外有利的是，支撑部件包括第一端部抵接件，并且支架包括第二端部抵接件以限制支架相对于支撑部件的进给运动。部件通常也可以自身形成第一端部抵接件。

第二检测工具优选设置用于检测支架或定位元件的结束位置。第二检测工具可以例如检测第一端部抵接件与第二端部抵接件之间的接触。第一端部抵接件和第二端部抵接件优选地布置成当达到定位元件的期望浸入深度时它们相互碰撞。

第二检测工具优选地包括第二开关，该第二开关连接到发动机尤其是电动机，可驱动地（drive-effectively）耦合到驱动轴，以在检测到结束位置时断开发动机。因此使用者在到达最终位置时不需要关闭发动机。

为了给使用者指示设定过程结束的信号，该装置可以具有用于发送信号的信号设备。信号优选地在发动机关闭和停顿几秒钟之后显示，理想地从由摩擦焊接工艺加热的部件材料充分冷却的时间点开始显示。

信号可以是单模态信号，即寻址单个人类感觉的信号，或者多模态信号，即寻址多个人类感觉的信号。信号尤其可以是例如来自灯的可视信号，例如声音的声学信号和/或例如振动的要被感受的信号。

在结束设定过程之后，为了将支架移回起始位置，可以在支撑部件与支架之间设置回位弹簧。因此，支架可以说是在回位弹簧和蓄力器之间以浮动方式支撑。回位弹簧的弹簧刚度优选低于蓄力器的弹簧刚度。

该装置还可以包括至少一个线性导向件，支架和手柄在该线性导向件处线性地移动地引导。该装置有利地包括两个彼此平行延伸的导向杆，支架和手柄在该导向杆上分别线性地移动地引导。

特别是在支架处设置灯例如LED灯用于照亮设定元件的底座的工作区域，优选地设置该灯以方便设定过程。

该装置特别适合于在包括第二塑料材料的部件中设置包括第一塑料材料的定位元件。在此第一塑料材料的熔点优选高于第二塑料材料的熔点。

本发明还涉及一种通过前述装置在部件中手动设定或手持式设定定位元件的方法，所述方法包括以下步骤：

将定位元件附接到驱动轴上；

通过手柄相对于支架的运动加载蓄力器直到力限制器启用；和

在旋转驱动轴并通过蓄力器进给支架的同时，将定位元件引入到部件中。

在这方面，进给力仅在引入定位元件时来自蓄力器，即，其不是通过手柄直接传递到支架。上述优点可以通过根据本发明的方法相应地实现。

该方法优选被设计成使得蓄力器的负载的限制通过至少一个力限制抵接件来实现，该力限制抵接件尤其作用于手柄和支撑部件之间，并且具有两个在限制加载状态下彼此抵接的有效表面（active surfaces）。

一旦蓄力器已经加载并且力限制器已经启用，就可以启动接通发动机尤其是电动机的第一开关，该第一开关用于驱动该驱动轴并且因此开始实际设定过程。通常可以手动启动第一开关。然而，第一开关的自动致动是优选的，以提高设定过程的可靠性和可重现性。它可以例如由第一检测工具触发，该第一检测工具用于检测设置在支撑部件处的第一力限制抵接件与设置在手柄处的第二力限制抵接件之间的接触。

当支架到达结束位置时，用于驱动该驱动轴的发动机的断开优选通过第二开关的自动致动来启动。在这里支架的结束位置有利地对应于部件中的定位元件的结束位置。

随后并且在从定位元件和发动机不再旋转的时间点开始测量的部件和定位元件小于10秒，特别是1至3秒的冷却阶段之后，信号设备可以发送单模态或多模态信号来通知设定过程已经结束。

为了缩短发动机的运行时间，从而缩短整个设定过程的总时间，可以在发动机已经关闭后主动制动发动机。

该方法还特别适合于在包括第二塑性材料的部件中设置包括第一塑性材料的定位元件，其中第一塑性材料的熔点应当优选高于第二塑性材料的熔点。

附图说明

下面将仅仅使用示例性实施例并参照附图来描述本发明。如下所示：

图1是根据本发明第一实施例的装置的第一透视图；

图2是图1装置的第二透视图；

图3是图1装置的第三透视图；和

图4是图1装置的平面图；

图5是根据本发明第二实施例的装置的第一透视图；和

图6是图5装置的第二透视图。

具体实施方式

图1-4和图5-6分别示出了用于在未示出的部件中手动设定定位元件12的装置10。

图1-4所示的装置10（第一实施例）包括：包括具有两个细长夹持元件16,18的手柄14，该两个细长夹持元件16,18在其端部通过连接件20,22相互连接。连接件20,22被设计成金属板的形式，并且通过螺钉24可释放地连接到夹持元件16,18。夹持元件16,18各自基本上与金属板20,22成直角地延伸，使得夹持元件16,18和金属板20,22形成矩形。在金属板20,22上布置有第一轴承26,28，两个导向杆30,32在该第一轴承26,28中彼此平行布置并且被可替换地支撑。

手柄14可以由夹持元件16,18处的使用者用双手抓住（未示出），以抬起装置10并将其压在部件上。特别是如图4所示，夹持元件16,18具有在人体工程学上适合于手的直径，并且在使用者放置食指和拇指的区域中相应地逐渐变细。

装置10还包括支架34，支架34同样通过第二轴承35,37可替换地支撑在导向杆30,32上。相应的压缩弹簧36,38围绕在第一轴承26,28和第二轴承35,37之间的每个导向杆30,32布置。每个压缩弹簧36,38连接在第一轴承26处的第一力传递面40（参见图3）和支架34处的第二力传递面42（参见图1）之间。第一力传递面40和第二力传递面42基本上与导向杆30,32的主轴线H成直角地延伸，并且彼此平行且彼此相对地布置。压缩弹簧36,38用作蓄力器44，并构造成将由使用者施加到手柄14上的力传递到支架34上。

驱动轴46可旋转地设置在支架34上，并且可驱动地连接到用于驱动该驱动轴46的电动机48。电动机48构造成使得驱动轴46能够达到最少4000转/分的转速，并可以从那里主动制动到0转/分。在远离电动机48的驱动轴46的末端设置有用于接收定位元件12的钻头（bit）56。

装置10进一步包括具有接触面59的支撑部件58，所述接触面59以环形部分的形式成形并且装置10可以通过该接触面59被放置在未示出的零件处。从图3中可以看出，接触面59围绕由接触面59限定的接触平面E和驱动轴的旋转轴线D之间的交点以大于180°的角度的环形截面的形式延伸。支撑部件58连接到两个导向杆30,32上，从而形成两个导向杆30,32之间的连接。回位弹簧60,62连接在支撑部件58和支架之间，用于将支架34保持在远离支撑部件58的起始位置。回位弹簧60,62的弹簧刚度选择为小于压缩弹簧36,38的弹簧刚度，使得当手柄14在支撑部件58的方向上移动时，首先压缩回位弹簧60,62，然后直到那时压缩压缩弹簧36,38。

力限制器64布置在手柄14和支撑部件58之间，并且构造成第一力限制抵接件66和第二力限制抵接件68的形式。力限制抵接件66,68相对于彼此布置，使得它们的前面在由导向杆30,32引导的手柄14向支撑部件58的方向移动时彼此邻接。如图2中可见，第一力限制抵接件68具有细螺纹形式的外螺纹70，其与支撑部件58的内螺纹72相对应；另外，如图3中可见，第二力限制抵接件68配备有细螺纹形式的外螺纹74，其与手柄14相关联的部分的内螺纹76相对应。因此可以将第一力限制抵接件66和第二力限制抵接件68在轴向方向上以简单的方式相对于彼此调节。

如图3所示，进给限制设备78具有第一端部抵接件80和第二端部抵接件82，其设置在支撑部件58与支架34之间。如图2所示，第一端部抵接件80是通过细螺纹84轴向可调节地连接到支撑部件58。

支架34具有检测工具86，检测工具86构造成检测第一端部抵接件80和第二端部抵接件82之间的接触，并将用于关闭电动机48的信号发送到开关88。设置于手柄14（图2）处的信号设备90，以灯的形式指示设定过程的结束。

为了防止手柄14相对于设定方向S从导向杆30,32拉出，在远离接触面59的区域中在每个导向杆30,32周围布置有环形止挡件96,98。

下面将解释通过先前描述的装置10执行用于将定位元件12设置在部件中的过程。

装置10首先配备有定位元件12。定位元件12在此被连接到与驱动轴46相关联的钻头56上，其中，该定位元件12通过固定的驱动轴46在正面上放置在钻头56上。

随后，装置10通过接触面59在期望的点处平面地压靠在部件上，使得接触面59以平面的方式接触部件。回位弹簧50,52首先通过手柄14沿着导向杆30,32在设定方向S上的移动而被压缩，直到定位元件12邻接部件。手柄14和支架34之间的相对运动随后通过手柄14在部件方向上的进一步运动而产生，由此压缩弹簧36,38被压缩并且蓄力器44因此被加载。蓄力器44的加载受到限制，因为第一力限制抵接件66和第二力限制抵接件68相互碰撞，并且防止了在支撑部件58的方向上手柄14和支架34之间的进一步的相对移动。在设定过程的这一点上，使用者通过手柄14和蓄力器44间接地压在支架34上，最大的力由力限制器64限制。支架34反过来按压定位元件12抵靠其中存储有最大力的部件。如果现在启动电动机48，则定位元件12在达到用于熔化部件的材料所需的旋转速度之后浸入部件中，在由用蓄力器44作用的支架34向前进给定位元件12的同时，使用者继续向手柄14施加很大的力，使得力限制抵接件66,68彼此接触。

定位元件12的向前进给，直到第一端部抵接件80和第二端部抵接件82彼此碰撞的点。在端部抵接件80,82的正确设定的情况下，在此处到达定位元件12在部件中的结束位置。这由检测工具86检测，于是电动机48通过开关88关闭。为了缩短设定过程并优化固化过程，关掉之后电动机48从约4000转/分被主动制动到0转/分。在大约1至3秒的冷却阶段期间，从电动机已经到达0转/分的时间点开始测量，通过摩擦焊接工艺加热的材料可以冷却并固化，然后通过信号设备90通知设定过程已经结束，现在可以将设备10从连接到部件的定位元件12上取下。

使用者可以预定电动机48接通的时间点。如果需要尽可能快的处理时间，则可以在将定位元件12连接到驱动轴46之后直接接通电动机48。然而，如果期望过程尽可能地可重现，可以设置为延迟电动机48的接通，直到定位元件12以存储在加载的蓄力器44中的最大的力压靠元件。

当设定过程结束并且装置10从部件上移除时，支架34被回位弹簧60,62压回到其起始位置。蓄力器44的压缩弹簧36,38同样地按压手柄14回到其起始位置。

图5和图6所示的装置10（第二实施例）基本上与图1-4所示的第一实施例一致，不同之处在于：力限制器64的第二力限制抵接件68在这里形成在面对支撑部件58的端部处刚性片状金属条100的端部处，其中所述刚性片状金属条的另一端特别地经由附接到支架34的第一轴承26,28的中间金属板102固定地连接到手柄14。第二力限制抵接件68设置有检测工具104，检测工具104被构造成检测在第一和第二力限制抵接件66,68之间的接触，即最终检测力限制器64的启动并且将用于电动机48自动接通的信号传输到开关106。

与第一实施例的另一不同之处在于，在第二实施例中，用于指示设定过程结束的信号设备90未布置在手柄14处，而不是在支架34面向支撑部件58的一侧，例如以LED的形式照射成光锥，例如，绿色光锥，照射围绕用于定位元件的安装件的工作区域。

另外，例如LED的形式的灯108，用于在设定过程期间照亮围绕用于定位元件的底座的工作区域，该灯布置在支架34面向支撑部件58的一侧。

附图标记列表

10 装置

12 定位元件

14 手柄

16,18 夹持元件

20,22 连接件

24 螺钉

26,28 轴承

30,32 导向杆

34 支架

35,37 轴承

36,38 压缩弹簧

40,42 力传递面

44 蓄力器

46 驱动轴

48 电动机

56 钻头

58 支撑部件

59 接触面

60,62 回位弹簧

64 力限制器

66,68 力限制抵接件

70,74 外螺纹

72,76 内螺纹

77 部件

78 进给限制设备

80,82 端部抵接件

84 细螺纹

86 检测工具

88 开关

90 信号设备

96,98 止挡件

100 片状金属条

102 中间金属板

104 检测工具

106 开关

108 灯

H 主轴线

E 接触平面

D 旋转轴线

S设定方向

Claims (19)

1.一种用于将定位元件（12）设定在部件中的手持式装置（10），其特征在于，包括：

手柄（14），用于保持所述装置（10）；

支架（34），可以相对于所述手柄（14）移动，并且所述支架（34）携带旋转支撑的驱动轴（46），在所述驱动轴（46）一端形成用于定位元件（12）的底座；

蓄力器（44），连接在所述手柄（14）和所述支架（34）之间，并且用于存储确定的进给力，所述蓄力器（44）可以通过所述手柄（14 ）和所述支架（34）之间的相对运动来加载所述进给力；和

力限制器（64），用于限制存储在所述蓄力器（44）中的所述进给力，

其中，所述蓄力器（44）构造成经由所述支架（34）将存储的所述进给力施加到所述定位元件（12）上。

2.根据权利要求1所述的装置（10），

其特征在于，

所述力限制器（64）由两个相应的力限制抵接件（66,68）形成，特别是其中第一力限制抵接件（66）设置在支撑部件（58）处和第二力限制抵接件（68）设置在所述手柄（14）处。

3.根据权利要求2所述的装置（10），

其特征在于，

所述第一力限制抵接件（66）和/或所述第二力限制抵接件（68）沿轴向方向可调节。

4.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

发动机，特别是电动机（48），用于驱动所述驱动轴（46）。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

支撑部件（58）包括第一端部抵接件（80）并且所述支架（34）包括第二端部抵接件（82）以限制所述支架（34）相对于所述支撑部件（58）的进给运动。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

检测工具（86），用于检测所述支架（34）的结束位置，特别是用于检测第一端部抵接件（80）和第二端部抵接件（82）之间的接触。

7.根据权利要求6所述的装置（10），

其特征在于，

所述检测工具（86）包括开关（88），所述开关（88）连接到发动机特别是电动机（48），所述开关可驱动地（drive-effectively ）连接到所述驱动轴（46）以在检测到结束位置时断开所述发动机（48）。

8.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

信号设备（90），用于向使用者发送指示设定过程结束的信号。

9.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

回位弹簧（60,62）设置在支撑部件（58）和所述支架（34）之间，以在固化过程结束之后将所述支架（34）移回到起始位置。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

至少一个线性导向件，特别是两个导向杆（30,32），所述支架（34）和所述手柄（14）在所述导向杆上线性地移动地引导。

11.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

检测工具（104），用于检测所述力限制器（64）的启动，特别是用于检测设置在支撑部件（58）处的第一力限制抵接件（66）和设置在手柄（14）处的第二力限制抵接件（68）之间的接触。

12.根据权利要求11所述的装置（10），

其特征在于，

所述检测工具（104）包括连接到发动机特别是连接到电动机（48）的开关（106），所述开关可驱动（drive-effectively ）地耦合到所述驱动轴（46）以在检测到所述力限制器（64）启动时接通所述电动机。

13.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10），

其特征在于，

灯（108），例如LED灯，尤其是布置在所述支架（34）处的灯，用于照亮围绕所述定位元件（12）的底座的工作区域。

14.一种通过根据前述权利要求中的任意一项所述的装置（10）在部件中手动设定定位元件（12）的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将所述定位元件（12）附接在所述驱动轴（46）上；

通过所述手柄（14）相对于所述支架（34）的运动将所述蓄力器（44）加载至所述力限制器（64）的启动；和

在使所述驱动轴（46）旋转并且通过所述蓄力器（44）进给所述支架（34）的同时将所述定位元件（12）引入到所述部件中。

15.根据权利要求14所述的方法，

其特征在于，

所述蓄力器（44）的加载的限制是通过力限制抵接件（66,68）实现的，特别是作用在所述手柄（14）和支撑部件（58）之间。

16.根据权利要求14或15所述的方法，

其特征在于，

在所述力限制器（64）启动时，启动开关（106）实现用于驱动所述驱动轴（46）的发动机特别是电动机（48）的接通。

17.根据前述权利要求14至16中的任意一项所述的方法，

其特征在于，

当所述支架（32）已经到达结束位置时，开关（88）被启动，实现用于驱动所述驱动轴（46）的发动机特别是电动机（48）的切断。

18.根据前述权利要求14至17中的任意一项所述的方法，

其特征在于，

在从所述定位元件（12）不再旋转的时间点测量的小于10秒，特别是1至3秒的冷却阶段之后，信号设备（90）发送信号以指示设定过程结束。

19.根据前述权利要求14至18中任意一项所述的方法，

其特征在于，

用于驱动所述驱动轴（46）的发动机尤其是电动机（48），在其关闭之后被主动地制动。