CN110536777B - 电脉冲工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电脉冲工具(10)和电脉冲工具(10)的方法，其特征在于反作用力的特性得到改善，使得电脉冲工具的使用变得更符合人体工程学。该目的通过电脉冲工具(10)获得，其中扭矩以脉冲形式在输出轴(12)上传递。对于每个周期，电流脉冲在电流接通时间间隔期间提供至电动机(11)。然后暂停电动机(11)的电流供应。此后确定扭矩脉冲的宽度。并且接下来在从扭矩脉冲结束的暂停间隔期间，继续暂停电动机(11)的电流供给，其中暂停间隔基于扭矩脉冲的宽度确定。

Description

电脉冲工具
技术领域
本发明涉及电脉冲工具和电脉冲工具的方法。特别地，本发明涉及一种用于执行拧紧操作的电脉冲工具，其中扭矩以脉冲形式传递，从而例如拧紧和/或松开螺纹接头。
背景技术
用于紧固螺栓、螺钉和螺母的电动工具使用于许多不同的应用中。在这些应用中的一些应用中，期望或甚至需要能够控制夹紧力或者至少相关的扭矩。这种电动工具通常控制为旋转电动工具的输出轴，从而测量扭矩。当扭矩达到预定值时，电动工具控制为停止输出轴的旋转。这可以例如通过切断工具的动力来实现，或者可以使离合器滑动。
当操作电动工具，特别是手持式电动工具时遇到的问题是操作者受到反作用力。减少传递给操作者的反作用力的一种方法是使用脉冲电动机，该脉冲电动机被供应以脉冲方式驱动电动机的一系列能量脉冲。能量通常可以作为电流脉冲提供。由此可以减少操作者需要应对的反作用力。
美国专利No.6,680,595描述了一种用于紧固螺钉的控制方法和紧固装置。紧固装置控制为输出脉冲增加的扭矩。当实际扭矩达到目标值时，确定实际扭矩并且停止电动机。通过将脉冲电流供应到紧固装置的电动机，来产生脉冲增加的扭矩。
而且，美国专利No.7,770,658描述了一种用于紧固螺钉的控制方法和紧固装置。当实际扭矩达到目标值时，确定实际扭矩并且停止电动机。此外，当实际扭矩达到设定值时，由紧固装置传递的扭矩减小。通过将脉冲电流供应到紧固装置的电动机，来产生脉冲扭矩。
一直以来都希望改进动力辅助紧固工具的操作。例如，传递给操作者的反作用力应当尽可能地小，以改善操作者的工作条件。
因此，需要一种使用于电脉冲工具的改进的脉冲紧固方法和装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的电脉冲工具，其中反作用力的特性得到改善，使得电脉冲工具的使用变得更符合人体工程学。
根据本发明的第一方面，该目的通过电脉冲工具实现，其中扭矩在电脉冲工具的输出轴上以脉冲形式传递。电脉冲工具包括适于驱动输出轴的电动机。由此，电脉冲工具的每个周期可操作为在电流接通时间间隔期间向电动机提供电流脉冲。然后在电流接通时间间隔之后暂停电动机的电流供应，直到扭矩脉冲结束。此后确定扭矩脉冲的宽度。并且接下来在从扭矩脉冲结束的暂停间隔期间，继续暂停电动机的电流供给，其中暂停间隔基于扭矩脉冲的宽度确定，使得更宽的扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔，并且更窄的扭矩脉冲引起更短的暂停间隔。
根据第二方面，本发明涉及一种电脉冲工具的方法，其中扭矩在电脉冲工具的输出轴上以扭矩脉冲传递。电脉冲工具包括适于驱动输出轴的电动机。其中该方法的每个周期包括以下步骤。在电流接通时间间隔期间向电动机提供电流脉冲。在电流接通时间间隔之后暂停电动机的电流供应，直到扭矩脉冲结束。确定扭矩脉冲的宽度。并且在从扭矩脉冲结束的暂停间隔期间，继续暂停电动机的电流供给，其中暂停间隔基于扭矩脉冲的宽度确定，使得更宽的扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔，并且更窄的扭矩脉冲引起更短的暂停间隔。
本发明的示例性的实施方案的优点在于改善了反作用力的特性，使得电脉冲工具的使用变得更符合人体工程学。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，在这些附图中：
-图1示出了动力工具的纵向截面。
-图2描绘了根据现有技术的电流脉冲序列的示意图。
-图3描绘了根据现有技术的来自电脉冲工具的反作用力的示意图。
-图4描绘了根据本发明的示例性的实施方案的电流脉冲序列的示意图。
-图5描绘了根据本发明的示例性的实施方案的来自电脉冲工具的反作用力的示意图。
-图6示出了根据本发明的示例性的实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
例如螺帽扳手或螺丝刀之类的传统动力工具通常设置有传感器，例如角度编码器和/或扭矩计，这使得可以控制所执行的工作操作(例如紧固接头)的质量。
此外，特别是对于手持式电动工具，重要的是使操作者所承受的反作用力尽可能低，并且使结束特定的紧固操作的时间尽可能短。操作员可以在工作循环期间进行数百次紧固操作，因此重要的是它们既符合操作员健康的人体工程学，又能够快速提高工作站的生产率。符合人体工程学的紧固操作通常意味着反作用力尽可能低。
图1描绘了根据本发明实施方案的电脉冲工具10的示例性的实施方案。工具10构造成执行紧固操作，其中以一系列脉冲传递扭矩从而紧固螺纹接头或者执行涉及由工具10进行的旋转动作的类似动作。为此目的，脉冲工具包括具有转子20和定子21的电动机11。电动机11布置成在两个相反的旋转方向(顺时针和逆时针方向)上旋转。
工具10进一步包括手柄22，在所示的实施方案中手柄22是***式的。然而，本发明不限于这种配置，而是可以应用于任何类型的电脉冲工具，并且不限于图1的设计。电源24连接到电动机11。在所示的实施方案中，电源是可以布置在手柄下部的电池。还设想了其他类型的电源，例如通过电缆向工具10供电的外部电源。工具10进一步可以包括触发器23，触发器23布置成由操作者操纵以控制电动机11的动力。在一些实施方案中，工具10连接到外部控制单元(未示出)。外部控制单元可以为工具10提供电力。控制单元还可以布置成向工具10发送信号和从工具10接收信号，以控制工具。此外，该工具包括输出轴12。
本发明可以有利地应用于电脉冲工具中，在所述电脉冲工具中输出轴12通过齿轮装置(未示出)连接到电动机11。然而，本发明不限于这种类型的动力工具。
电脉冲工具10进一步包括处理器16，处理器16布置成控制电动机11。电脉冲工具10还包括存储器26，存储器26包含可由处理器16执行的指令。处理器16是中央处理单元、CPU、微控制器、数字信号处理器、DSP或者能够执行计算机程序代码的任何其他合适类型的处理器。存储器26是随机存取存储器、RAM、只读存储器、ROM或永久存储器，例如，磁存储器、光学存储器或固态存储器或者甚至远程安装存储器的单个或组合。
根据本发明的一个示例性的实施方案，传感器25布置成确定是否在输出轴上提供能量。传感器25根据一个实施方案布置在输出轴12上。可选择地，传感器25可以位于齿轮装置上。然而，传感器25可以位于电脉冲工具中的其他位置。根据本发明的一个示例性的实施方案，传感器25是扭矩传感器25。根据本发明的另一个示例性的实施方案，传感器25是位置传感器25。
在根据现有技术的电脉冲工具中，电流间歇地提供至电动机，使得电动机产生扭矩脉冲。因此，对工人施加较小的反作用力，并且工人可以用一只手进行螺钉紧固工作。
图2示出了根据现有技术的电动工具中的电动机的脉冲宽度调制。
图2描绘了根据现有技术的若干个周期的电流脉冲(虚线)的示意图。从图2中可以看出，开/关比是固定的。意味着每个周期的接通时间T接通和关闭时间T关闭是相同的。图2还描绘了在电脉冲工具的输出轴上以脉冲形式传递的扭矩脉冲。
图3示出了当使用根据现有技术的电脉冲工具时操作者所经历的反作用力。从图3中可以看出，在紧固开始时反作用力已经很高。这是因为反作用力是由扭矩脉冲产生的，而不是电流脉冲。由于电流脉冲的宽度是恒定的，但是扭矩脉冲在开始时较宽，因此反作用力不会线性地建立。因此，由于操作者对高反作用力感到惊讶，所以操作者对在开始时存在的大的反作用力感到不舒服。
然而，发明人已经认识到，通过改变供应至电动机的电流脉冲的特性，可以改善反作用力的特性。这可以通过考虑在向电动机提供电流脉冲时扭矩脉冲的特性来实现。
图4示出了根据本发明的示例性的实施方案的供应至电动机的电流脉冲。图4还示出了根据本发明的示例性的实施方案的电脉冲工具10提供的扭矩脉冲。
从图4中可以看出，电脉冲工具10的每个周期可操作为在电流接通时间间隔T电流期间向电动机提供电流脉冲。然后在电流接通时间间隔T电流之后暂停电动机的电流供应，直到扭矩脉冲结束。此后，电脉冲工具可操作为确定扭矩脉冲的宽度T宽度。此外，电脉冲工具可操作为在从扭矩脉冲结束的暂停间隔T暂停期间继续暂停电动机的电流供给，其中暂停间隔T暂停基于扭矩脉冲的宽度T宽度确定，使得更宽的T宽度扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔T暂停，并且更窄的T宽度扭矩脉冲引起更短的暂停间隔T暂停。
根据示例性的实施方案，来自电脉冲工具10的反作用力取决于扭矩振幅以及扭矩脉冲的宽度T宽度与扭矩脉冲的关闭时间之间的关系。在图4所示的示例性的实施方案中，扭矩脉冲的关闭时间是T电流加T暂停。电脉冲工具拧紧螺钉的每个脉冲，在紧固开始时比在结束时经过更长的时间，这意思是扭矩脉冲的宽度T宽度更宽。因此，根据本发明的暂停间隔T暂停确定为在紧固开始时会更宽，以便使反作用力更平稳地建立。
图5示出了操作者在使用根据本发明的示例性的实施方案的工具时经受的反作用力。从图5中可以看出，在紧固开始时反作用力较低。与现有技术的电脉冲工具相比，反作用力也更加线性地建立。这是因为反作用力是由每个周期的扭矩脉冲的接通时间和扭矩脉冲的关闭时间之间的关系产生的。由于暂停间隔T暂停是基于扭矩脉冲的宽度T宽度确定的，因此更宽的扭矩脉冲T宽度引起更宽的暂停间隔，而更窄的扭矩脉冲T宽度引起更短的暂停间隔T暂停，因此反作用力在开始时较小，并且更加线性地建立起来。因此，这导致使操作者更加舒适的开始时经历的更小的反作用力，因为操作者不会对高反作用力感到惊讶。
在根据本发明的电脉冲工具的另一个示例性的实施方案中，基于从电脉冲工具开始在输出轴上传递能量的第一时间点到电脉冲工具停止在输出轴上传递能量的第二时间点的间隔，来确定扭矩脉冲的宽度T宽度。
在示例性的实施方案中，电脉冲工具包括扭矩传感器，并且基于输出轴上所确定的扭矩来确定是否在输出轴上传递能量。
根据电脉冲工具10的一个示例性的实施方案，当所确定的扭矩基本上达到零时，确定输出轴停止传递能量。根据电脉冲工具10的一个示例性的实施方案，当确定的扭矩基本上达到零以上时，确定输出轴开始传递能量。根据电脉冲工具的另一个示例性的实施方案，传感器是位置传感器，并且基于所确定的输出轴的位置变化来确定是否在输出轴上传递能量。根据电脉冲工具10的一个示例性的实施方案，当由位置传感器确定的速度基本上达到零时，确定输出轴停止传递能量。
根据电脉冲工具10的一个示例性的实施方案，当由位置传感器确定的确定速度基本上达到零以上时，确定输出轴开始传递能量。
在电脉冲工具的示例性的实施方案中，暂停间隔T暂停是扭矩脉冲的宽度T宽度的预定因子减去电流接通时间间隔T电流。
T暂停＝(因子*T宽度)-T电流
该示例性的实施方案的优点在于操作者可以通过选择预定因子，来选择电脉冲工具向手传递多少反作用力。因子越高，经受的反作用力将会越小。
在根据本发明的电脉冲工具10的示例性的实施方案中，从例如工具控制器接收因子。该因子可能已经通过控制器的用户界面输入到控制器。
在根据本发明的电脉冲工具10的示例性的实施方案中，参数值经由控制器的用户界面输入到电脉冲工具。
在根据本发明的电脉冲工具的又一个示例性的实施方案中，电脉冲工具进一步可操作为重复周期，直到达到与拧紧螺纹接头相关联的参数值。在根据本发明的电脉冲工具的示例性的实施方案中，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是扭矩。在根据本发明的电脉冲工具的又一个示例性的实施方案中，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是角度。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，在其上存储计算机程序，当在电脉冲工具10中运行时，该计算机程序使电脉冲工具10执行如上所述的方法。
根据一个示例性的实施方案，当上述计算机程序代码在电脉冲工具10的处理器16中运行时，它使电脉冲工具10向所述脉宽度调制电动机提供电流脉冲。
因此，根据一个示例性的实施方案，电脉冲工具10包括处理器16和存储器26，存储器26包含可由处理器16执行的指令，由此电脉冲工具10的每个周期可操作为执行根据任何上述示例性的实施方案的方法。
图6示出了根据上述示例性的实施方案的在电脉冲工具10中执行的用于执行拧紧操作的方法中的步骤。如在上述示例性的实施方案中那样，扭矩以脉冲形式传递，以拧紧螺纹接头。而且，如上所述，电脉冲工具10包括适于驱动输出轴12的电动机。
在第一步骤600中，电脉冲工具在电流接通时间间隔期间向电动机提供电流脉冲。在下一个步骤700中，在电流接通时间间隔之后暂停向电动机供应电流，直到扭矩脉冲结束。接下来在步骤800中确定扭矩脉冲的宽度。在下一个步骤900中，在从扭矩脉冲结束的暂停间隔期间，继续暂停电动机的电流供给，其中暂停间隔基于扭矩脉冲的宽度确定，使得更宽的扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔，并且更窄的扭矩脉冲引起更短的暂停间隔。
根据该方法的一个示例性的实施方案中，基于从电脉冲工具开始在输出轴上传递能量的第一时间点到电脉冲工具停止在输出轴上传递能量的第二时间点的间隔，来确定扭矩脉冲的宽度。
在该方法的另一个示例性的实施方案中，暂停间隔T暂停是扭矩脉冲的宽度T宽度的预定因子减去电流接通时间间隔T电流。
T暂停＝(因子*T宽度)-T电流
根据另一个示例性的实施方案，该方法包括基于输出轴上所确定的扭矩，来确定是否在输出轴上传递能量。在该方法的示例性的实施方案中，当所确定的扭矩基本上达到零时，确定输出轴停止传递能量。
根据另一个示例性的实施方案，该方法包括基于所确定的输出轴的位置变化，来确定是否在输出轴上传递能量。根据另一个示例性的实施方案，电脉冲工具10可操作为重复周期，直到达到与拧紧螺纹接头相关联的参数值。
根据示例性的实施方案，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是扭矩。根据示例性的实施方案，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是角度。
在上文中，供应至电动机的脉冲能量被描述为控制的脉冲电流。然而，设想基于除电流之外的一些其他参数来控制脉冲能量。因此，这里使用的术语(电流)脉冲还包括除电流控制脉冲之外的其他类型的能量脉冲，例如电机速度控制脉冲，电压控制脉冲等。

Claims (16)

1.一种电脉冲工具(10)，其中扭矩在电脉冲工具(10)的输出轴(12)上以脉冲形式传递，电脉冲工具(10)包括电动机(11)，所述电动机(11)适于驱动输出轴(12)；由此，电脉冲工具(10)的每个周期能够操作为：
-在电流接通时间间隔(T电流)期间向所述电动机(11)提供电流脉冲；
-在电流接通时间间隔(T电流)之后暂停向电动机(11)供应电流，直到扭矩脉冲结束；
-确定扭矩脉冲的宽度(T宽度)；
-在从扭矩脉冲结束的暂停间隔(T暂停)期间，继续暂停电动机的电流供给，其中暂停间隔(T暂停)基于扭矩脉冲的宽度(T宽度)确定，使得更宽的扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔(T暂停)，并且更窄的扭矩脉冲引起更短的暂停间隔(T暂停)。
2.根据权利要求1所述的电脉冲工具(10)，其中，基于从电脉冲工具开始在输出轴上传递能量的第一时间点到电脉冲工具停止在输出轴(12)上传递能量的第二时间点的间隔来确定扭矩脉冲的宽度(T宽度)。
3.根据权利要求1所述的电脉冲工具(10)，其中，暂停间隔(T暂停)是扭矩脉冲的宽度(T宽度)的预定因子减去电流接通时间间隔(T电流)。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的电脉冲工具(10)，进一步包括扭矩传感器(25)，并且基于输出轴(12)上所确定的扭矩来确定是否在输出轴(12)上传递能量。
5.根据权利要求4所述的电脉冲工具(10)，其中，当所确定的扭矩基本上达到零时，所述输出轴(12)确定为停止传递能量。
6.根据权利要求2至3中任一项所述的电脉冲工具(10)，其中，传感器(25)是位置传感器，并且基于所确定的输出轴(12)的位置变化来确定是否在输出轴(12)上传递能量。
7.根据权利要求1、2、3和5中任一项所述的电脉冲工具(10)，其中，电脉冲工具(10)进一步能够操作为重复所述周期，直到达到与拧紧螺纹接头相关联的参数值。
8.根据权利要求7所述的电脉冲工具(10)，其中，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是扭矩。
9.根据权利要求8所述的电脉冲工具(10)，其中，与拧紧螺纹接头相关联的参数值是角度。
10.一种电脉冲工具(10)的方法，其中扭矩在电脉冲工具(10)的输出轴(12)上以脉冲形式传递，所述电脉冲工具(10)包括电动机(11)，所述电动机(11)适于驱动输出轴(12)；其中所述方法的每个周期包括以下步骤：
-步骤600，在电流接通时间间隔(T电流)期间向所述电动机(11)提供电流脉冲；
-步骤700，在电流接通时间间隔(T电流)之后暂停向电动机(11)供应电流，直到扭矩脉冲结束；
-步骤800，确定扭矩脉冲的宽度(T宽度)；
-步骤900，在从扭矩脉冲结束的暂停间隔(T暂停)期间，继续暂停电动机(11)的电流供给，其中暂停间隔(T暂停)基于扭矩脉冲的宽度(T宽度)确定，使得更宽的扭矩脉冲引起更宽的暂停间隔，并且更窄的扭矩脉冲引起更短的暂停间隔。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，基于从电脉冲工具(10)开始在输出轴(12)上传递能量的第一时间点到电脉冲工具停止在输出轴(12)上传递能量的第二时间点的间隔来确定扭矩脉冲的宽度(T宽度)。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其中，暂停间隔(T暂停)是扭矩脉冲的宽度(T宽度)的预定因子减去电流接通时间间隔(T电流)。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括基于输出轴(12)上所确定的扭矩来确定是否在输出轴(12)上传递能量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所确定的扭矩基本上达到零时，所述输出轴(12)确定为停止传递能量。
15.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其中，基于所确定的输出轴(12)的位置变化来确定是否在输出轴(12)上传递能量。
16.一种计算机可读存储介质，其具有存储在其上的计算机程序，当在电脉冲工具(10)中运行时，所述计算机程序使电脉冲工具(10)执行如权利要求10至15中任一项所述的方法。
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