CN112533731A - 拧紧装置、驱动扭矩生成装置、拧紧***及扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拧紧装置，用于将扭矩施加和/或传递到螺丝配合件并且用于与驱动扭矩生成装置相互作用，包括：平坦输出装置(6)，具有能够以可拆卸方式连接到所述螺丝配合件的输出和驱动器，驱动扭矩能够被手动地或机械地施加到所述驱动器；输出齿轮(8)，能够由所述平坦输出装置(6)驱动；机械接口(46)，用于选择性地直接或间接连接到所述驱动扭矩生成装置以便初始化所述扭矩；补偿单元(30)，被配置为存储和处理补偿数据，所述补偿数据包括特定于所述输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于所述输出齿轮的效率曲线，用于用实际输出扭矩的值对其计算，以便生成补偿的输出扭矩的值；以及数据接口(36)，被配置为将补偿数据传输到驱动扭矩生成装置。

Description

拧紧装置、驱动扭矩生成装置、拧紧***及扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于向螺丝配合件施加扭矩的拧紧装置。另外，本发明涉及一种用于生成扭矩的驱动扭矩生成装置。而且，本发明涉及一种至少包括拧紧装置和驱动扭矩生成装置的拧紧***。本发明还涉及一种用于控制拧紧***的驱动马达的方法。另外，本发明涉及用于执行该方法的拧紧***的使用。

背景技术

从实践中，特别是工业拧紧技术中，已知这样的拧紧装置，它们被称为所谓的齿轮偏置头(geared offset head)，并且具体用于拧紧和组装工作中，其中，由于特定的空间安装条件，螺丝配合件(即，例如，在本发明上下文的范围内，扭矩将被施加到其上的螺丝)难以到达。齿轮偏置头通常是齿轮单元，它们容纳在扁平壳体中，并且具有通常设置在一端的驱动器和设置在相对端的输出，并且螺丝配合件可以优选地以可拆卸的方式附接在该输出处。齿轮偏置头壳体中的齿轮通常由齿轮的组件构成，该齿轮彼此啮合并且因此，实现从驱动器到输出的扭矩传递，齿轮的组件例如在驱动器和输出之间实现1:1的传递(齿轮本身通常实现为具有相应的外部齿***的齿轮)；然而，根据应用领域，所述通用技术和一般技术的不同变化和修改是可用和已知的。

在输出侧，齿轮偏置头具有输出齿轮，该输出齿轮由至少一个相邻齿轮支撑并且可以与相邻齿轮啮合。输出齿轮用于将扭矩传递到螺丝配合件。在这点上，在封闭设计的齿轮偏置头与开放设计的齿轮偏置头之间存在区别，在封闭设计的齿轮偏置头中，例如，螺丝配合件可以仅沿轴向***到输出齿轮中，输出齿轮设置有六角承窝，在开放结构的齿轮偏置头中，螺丝配合件可以另外沿相对于输出齿轮的旋转轴线的径向与输出齿轮啮合。

开放设计的输出齿轮不是封闭的，而是在其圆周处具有凹部，以便能够在径向上将螺丝配合件容置在六角承窝中。为了在输出齿轮旋转的每个阶段中为输出齿轮提供足够的支撑，输出齿轮暂时与至少两个相邻的齿轮或支撑齿轮啮合，由此输出齿轮被两个支撑齿轮中的至少一个驱动。在360°的完全旋转期间，输出齿轮由此经过至少一个完全支撑阶段，其中，输出齿轮与至少两个另外的齿轮或支撑齿轮啮合，并且经过至少一个部分支撑阶段，其中，输出齿轮与比在完全支撑阶段中更少的齿轮或支撑齿轮啮合。输出齿轮通常在完全支撑阶段与两个支撑齿轮啮合，而在部分支撑阶段与一个支撑齿轮啮合。在部分支撑阶段，输出齿轮的凹部由此面向支撑齿轮，该支撑齿轮此时不与输出齿轮啮合。

关于封闭的设计，一个相邻的齿轮通常足以用于支撑和扭矩传递，由此封闭设计的输出齿轮在360°的完全旋转期间仅经过一个完全支撑阶段。

上述拧紧装置主要与驱动扭矩生成装置结合使用，该驱动扭矩生成装置可以被构造成生成扭矩并与拧紧装置相互作用。例如，驱动扭矩生成装置可以是手持工具或棒(baton)或棒角度螺丝刀。这种驱动扭矩生成装置大多在工业领域中使用，并且尤其是与拧紧装置组合使用，以便在螺丝配合件难以到达的特定空间安装条件下实现令人满意的装配。

拧紧装置和驱动扭矩生成装置的组合可以被概括为拧紧***，其中，两个部件可以彼此组合，而与具体制造商无关。例如，已知拧紧装置的制造商不销售驱动扭矩生成装置，反之亦然。

具有驱动扭矩生成装置的拧紧***，并且具体地，驱动扭矩生成装置包括驱动马达和用于驱动马达的控制器或控制单元，如果需要的话。所述控制单元确定例如工具是在扭矩控制下还是在(旋转)速度控制下操作。在旋转速度控制中，例如限定要保持的旋转速度并且确定断开扭矩。然后，控制器相应地重新调整由驱动马达输出的扭矩。然而，这样的背景忽略了被驱动的拧紧装置的不准确性、迟钝和效率损失。虽然总效率是已知的，但是拧紧装置对总效率的影响是未知的。

至少一个相邻的支撑齿轮的啮合具有这样的效果：工作误差、跳动、传动误差(例如，齿面损坏)、润滑、表面光洁度和/或接触的齿面之间的摩擦状态对拧紧装置的效率具有负面影响，因此对拧紧***具有负面影响，而与拧紧装置是开放设计还是封闭设计无关。所述影响越大，效率变化越大。变化意味着效率曲线与谐波效率曲线相比显示出显著的尖峰。

另外，由于开放齿轮偏置头的设计，齿轮偏置头的可测量的迟钝是由不同数量的啮合支撑齿轮的阶段所导致的。这导致驱动扭矩生成装置的马达的操作行为的强烈波动，因为马达试图补偿所发生的迟钝。当在速度控制下操作(速度被限定，马达重新调整扭矩)时，马达例如通过改变输出扭矩来试图满足速度要求。这种不均匀且非谐波的扭矩曲线的影响是，与完全支撑阶段的效率相比，部分支撑阶段的拧紧***的效率较差。总之，当开放齿轮偏置头的设计与封闭齿轮偏置头的设计相比时，导致较差的效率。

另外，在输出齿轮旋转期间的强扭矩变化具有这样的效果，即，如果限定了断开扭矩，则马达的输出扭矩可以经过断开扭矩，马达由此可以断开。然而，断开可能是由齿轮偏置头的上述影响引起的，这些影响劣化了效率，并且不是如所期望地由紧固的螺丝配合件引起。因此可能发生的是，由于马达提早断开，所以直到达到期望的紧固扭矩为止，螺丝连接甚至都没有被紧固。在最坏的情况下，用户假定螺丝配合件以期望的方式被紧固，这可能导致由螺丝配合件的突然脱离引起的损坏和/或显著的安全风险。

扭矩曲线的不均匀性具有如下效果，即，扭矩曲线中的各个离群值可能超过限定的断开极限，因此，在达到螺丝连接的期望的极限扭矩之前断开驱动马达。换言之，在拧紧装置中，特别是在开放的齿轮偏置头中，短暂经过断开极限具有马达断开的效果，尽管不清楚哪个紧固扭矩实际上被传递到螺丝配合件，这导致以未限定的方式紧固的螺丝连接。

由此，对于三个方面(拧紧装置、驱动扭矩生成装置和拧紧***)中的每一个，存在对共同问题的解决方案的特定技术需求。

所有三个方面(拧紧装置、驱动扭矩生成装置和拧紧***)所具有的问题可以在如下事实中看出，即，劣化效率的影响对马达行为和恒定的操作行为具有直接影响，由此妨碍或不可能实现螺丝配合件的限定的紧固。特别是在使用开放齿轮偏置头时，由部分支撑阶段引起的输出扭矩导致的断开扭矩的短暂经过可以导致马达的提早断开，因此导致以未限定的方式紧固或不完全的螺丝连接。

然而，特别是在工业领域中，出于质量保证的原因，通常需要建立高质量的螺丝连接。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种特别是关于拧紧装置的设计确保高质量螺丝连接的拧紧装置、驱动扭矩生成装置、拧紧***、方法和用途。此外，螺丝连接将以如下这种方式实现：它可被拧紧，直到达到限定的极限扭矩为止。

所述目的通过具有专利权利要求1的特征的拧紧装置、具有专利权利要求3的特征的驱动扭矩生成装置、具有专利权利要求7的特征的拧紧***、具有专利权利要求10的特征的用于控制驱动马达的方法以及具有专利权利要求16的特征的用途来实现。

本发明基于这样的认识，即，劣化效率的所述影响和/或相对于输出齿轮的完全360°旋转的迟钝以循环的方式发生。在部分支撑阶段期间的显著影响尤其发生在开放设计的齿轮偏置头中。由此，已经清楚在输出齿轮的哪个角位置上可得到何种程度的效率以及哪些影响具有劣化效应。为了确保恒定的操作行为和/或避免驱动马达通过提早达到限定的极限值(诸如断开扭矩)而断开，提供了对由驱动马达输出的实际输出扭矩的值的操纵或补偿。为此，使用补偿数据，该补偿数据例如可以包括扭矩曲线和/或效率曲线，该扭矩曲线和/或效率曲线在输出齿轮的完全360°旋转中和/或在其经过完全支撑阶段或部分支撑阶段中成形。由此，可以使用关于拧紧装置的扭矩行为或效率的信息。

例如，通过在合适的测试台上对拧紧装置进行初始测量，可以实现输出齿轮特定的补偿文件或扭矩曲线(或者更准确地说，其值)。如果具有关于迟钝的时间和/或旋转角度的信息，则可以操纵实际输出扭矩的值，或者可以补偿所检测的实际输出扭矩中潜在地超过输出扭矩的值的峰值。由于迟钝发生的时间和/或旋转角度是已知的，因此由输出齿轮和/或其部分在扭矩峰值中引起的扭矩峰值可以从由驱动马达输出的实际输出扭矩的值中减去。

例如，特定于输出齿轮的扭矩曲线可以包括与输出齿轮的完全360°旋转有关的数据或值，或者至少与角度范围或部分支撑阶段有关的数据或值。

因此，可获得几个优点。首先，可以显著地提高效率。另外，与至少一个补偿文件的比较显示了扭矩峰值是由输出齿轮引起还是由螺丝连接引起。如果补偿扭矩的值超过诸如断开扭矩的极限值，则假定提供了紧密的螺丝连接。这是因为本发明仅补偿由输出齿轮引起的扭矩增加；如果由于螺丝连接而达到极限值，则可以以已知的方式断开马达。

根据本发明的该思想具体实施在根据权利要求1所述的拧紧装置、根据权利要求3所述的驱动扭矩生成装置、根据权利要求7所述的拧紧***中，并且通过根据权利要求10所述的方法和根据权利要求16所述的用途来实现。

为了解决上述问题，提出了一种用于将扭矩施加和/或传递到螺丝配合件并且用于与驱动扭矩生成装置相互作用的拧紧装置，拧紧装置包括：齿轮偏置头装置，具有可以以可拆卸方式连接到螺丝配合件的输出和驱动扭矩可以被手动地或机械地施加到的驱动器；输出齿轮，可以由齿轮偏置头装置驱动；机械接口，用于选择性地直接或间接连接到驱动扭矩生成装置以便引入扭矩；补偿单元，被配置为存储和处理补偿数据，补偿数据包括特定于输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于输出齿轮的效率曲线，用于用所述数据抵消实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值；以及数据接口，被配置为将补偿数据传输到驱动扭矩生成装置。

例如，拧紧装置可以具有开放设计。在完全旋转期间，该设计的输出齿轮经过至少一个完全支撑阶段，其中，输出齿轮与至少两个其它齿轮啮合，并且经过至少一个部分支撑阶段，其中，输出齿轮与比在完全支撑阶段中更少的齿轮啮合。然而，拧紧装置也可以具有封闭设计。此外，拧紧装置可以是角度头。角度头可以布置在驱动扭矩生成装置与齿轮偏置头之间，以便借助于力偏转齿轮传递扭矩。因此，本发明可以在角度头中实施，其中，例如，在角度头中，齿轮偏置头装置也可以被称为用于传递扭矩的齿轮或锥形齿轮，并且输出齿轮可以被称为将扭矩从角度头传递到齿轮偏置头的齿轮。

拧紧装置可以以已知的方式连接到各种合适的驱动扭矩生成装置，并且在上面存储有至少一个补偿文件，以便借助于数据接口将补偿文件提供给驱动扭矩生成装置。根据本发明使用的“抵消”不直接指代基本算术运算的使用，而是指代计算机化的处理。

在根据本发明的拧紧装置的优选实施例中，设置了至少一个用于检测实际输出扭矩的值的扭矩检测装置。通常，拧紧装置、特别是齿轮偏置头不包括它们自身的扭矩检测装置。拧紧装置的扭矩检测装置可以是扭矩传感器。由于拧紧装置与驱动扭矩生成装置结合使用以便建立螺丝连接，并且驱动扭矩生成装置通常包括其自身的扭矩检测装置，因此，原则上在拧紧装置中可以省去扭矩检测装置。然而，这种扭矩检测装置提供了检测拧紧装置自身中的扭矩的选择，所述数据由此提供了关于输出齿轮处可获得的实际扭矩或至少其清楚指示的精确信息。

另外，根据本发明提出了一种用于生成扭矩并且用于与拧紧装置相互作用的驱动扭矩生成装置，驱动扭矩生成装置包括：驱动马达；机械接口，用于选择性地直接或间接连接到拧紧装置以便引入扭矩；扭矩检测装置，用于检测实际输出扭矩的值；以及补偿单元，被配置为存储和处理补偿数据，补偿数据包括特定于输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于输出齿轮的效率曲线，以用于用所述数据抵消实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值。

根据本发明的思想也可以在驱动扭矩生成装置中实施。通过借助于扭矩检测装置检测扭矩，输出齿轮的位置可以借助于与补偿数据的比较而在任何时间被检测。由此，根据本发明的补偿至少可以在部分支撑阶段实现。例如，扭矩检测装置可以是扭矩传感器或马达编码器。

驱动扭矩生成装置可以以已知的方式连接到各种合适的拧紧装置，并且可以存储所连接的拧紧装置的补偿数据。数据接口不是绝对必要的。

在根据本发明的驱动扭矩生成装置的另一优选实施例中，提供了数据接口，被配置为传输补偿数据。例如，数据由此可以在驱动扭矩生成装置与连接到其的拧紧装置之间交换。例如可以想到的是，单个驱动扭矩生成装置根据本发明可以对可以根据本发明的方式连接到驱动扭矩生成装置的不同拧紧装置的各个扭矩执行补偿。由此，一个驱动扭矩生成装置可以用于不同的拧紧装置。例如，可以以无线或有线方式传输数据。

替代地或另外地，可以提供一种拧紧装置识别装置。这种装置是用于唯一识别连接到驱动扭矩生成装置的拧紧装置的适当器械。例如，识别可以在连接拧紧装置时经由手动输入到驱动扭矩生成装置或者自动进行。优选地，拧紧装置可以借助于数据接口将其自身的识别信息传输到驱动扭矩生成装置。各个识别信息可以被分配有特定的补偿文件，当检测到识别信息时，可以检索并应用该补偿文件。例如，补偿单元可以存储多个输出齿轮特定的扭矩曲线或效率曲线，以便以根据本发明的方式与对应的不同拧紧装置相互作用。

根据本发明的另一优选实施例，拧紧装置或驱动扭矩生成装置具有用于确定输出齿轮的位置角的角度确定装置。这种角度确定装置允许精确地检测输出齿轮的位置或其在例如360°***中的位置角，因此允许确定输出齿轮所处的阶段。另外，在这种情况下，拧紧装置的识别、特别是其传输比的识别可以是有利的。此外，不必首先指示零位置(0°)或角距离，因为它可以被确定。

此外，提出了一种拧紧***，拧紧***至少包括：拧紧装置，拧紧装置包括齿轮偏置头装置、输出齿轮、机械接口和驱动扭矩生成装置，齿轮偏置头装置具有可以以可拆卸的方式连接到螺丝配合件的输出和驱动扭矩可以被手动地或机械地施加到的驱动器，输出齿轮可以由齿轮偏置头装置驱动，机械接口用于选择性地直接或间接连接到扭矩生成装置以便引入扭矩，驱动扭矩生成装置在驱动器侧连接到齿轮偏置头装置并且包括驱动马达、用于选择性地直接或间接连接到拧紧装置以便引入扭矩的机械接口、用于检测实际输出扭矩的值的扭矩检测装置、以及补偿单元，补偿单元被配置为存储和处理补偿数据，补偿数据包括特定于输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于输出齿轮的效率曲线，用于用所述数据抵消实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值。

拧紧***可以设计为手持拧紧***，在这种情况下，该拧紧***具有优选地使操作者能够用一只手握持它的重量。因此，拧紧***在重量方面符合法律要求。替代地，拧紧***可以实现为固定***。

根据本发明的拧紧***的优选实施例，拧紧***包括至少一个数据接口，该数据接口被配置为传输补偿数据。借助于这种数据接口，数据可以在拧紧装置与驱动扭矩生成装置之间、或者在拧紧***与外部数据储存器之间传输。这是因为可以对补偿数据执行维护工作，或者可以对补偿数据进行调整。

根据本发明的拧紧***的另一优选实施例，所述拧紧***包括用于确定输出齿轮的位置角的角度确定装置。

根据本发明，提出了一种用于控制拧紧***、优选地根据权利要求7的拧紧***的驱动马达的方法，方法至少包括以下步骤：

-将特定于输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于输出齿轮的效率曲线存储在补偿单元中；

-借助于扭矩检测装置检测由驱动马达输出的实际输出扭矩的值；

-用至少一个补偿文件抵消实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值；以及

-通过补偿单元将补偿的输出扭矩的值输出到驱动马达的控制单元。

因此，方法实现了本发明的思想。特定于输出齿轮的扭矩曲线和特定于输出齿轮的效率曲线是补偿数据。根据本发明的方法基本上具有上述优点，在此参考这些优点。

在根据本发明的方法的优选实施例中，抵消包括优选地仅针对至少一个部分支持阶段比较和/或减去和/或添加补偿文件和实际输出扭矩的值，和/或优选地仅针对至少一个部分支持阶段平滑实际输出扭矩的值。由此，由拧紧装置引起的扭矩增加可以以被认为不存在的这种方式来操纵。例如，可以被配置用于控制和/或调节过程的控制单元接收补偿的输出扭矩的输出值，对其进行处理，并且根据操作模式(速度控制或扭矩控制)以已知的方式对其进行处理。

根据本发明的方法的优选实施例，该方法包括以下步骤：

-借助于角度确定装置确定输出齿轮的位置角；以及

-使用位置角以便由补偿单元生成补偿的输出扭矩的值。

在这种实施例中，输出齿轮的位置角可以用于更精确的补偿。在开放拧紧装置中，例如，所述角度可以用于确定输出齿轮在哪些旋转阶段中处于完全支撑阶段或部分支撑阶段。位置角可以在360°***中指示。对于由两个支撑齿轮支撑的输出齿轮，第一部分支撑阶段通常可以处于大约第130位置角与第170位置角之间的第一角度范围内，而第二支撑阶段可以处于大约第190位置角与第230位置角之间的第一角度范围内。然而，角度范围取决于支撑齿轮的具体设计及其布置。在输出齿轮的零位置或0°的位置角上，开放拧紧装置提供附接位置，其中，输出齿轮可以附接到螺丝配合件。

根据本发明的方法的另一优选实施例，该方法包括以下步骤：

-限定断开扭矩值，当驱动马达的补偿的输出扭矩的值达到限定的断开扭矩值时，驱动马达断开；以及

-限定驱动马达旋转的目标速度，目标速度可以尽可能高的这种方式动态地调节，直到达到断开扭矩值为止。

在操作期间，目标速度的水平可以理想地以目标速度刚好不超过断开扭矩值的这种方式选择。这种实施例导致快速的拧紧过程。

还可以想到的是，根据本发明的方法提供了在速度控制中的拧紧***的操作。这种操作模式在工业领域中尤其常见，并且允许在所述环境中有利地使用本发明。

根据本发明的另一优选实施例，该方法提供以下步骤：

-将输出齿轮的完全旋转内的若干部分支撑阶段组合成部分支撑阶段组；以及

-用至少一个补偿文件抵消实际输出扭矩的值，以便至少为部分支撑阶段组生成补偿的输出扭矩的值。

如果输出齿轮在360°的完全旋转期间经过若干部分支撑阶段，则这些部分支撑阶段中的若干、优选地全部可以组合成部分支撑阶段组。优点是，每次旋转只需执行一次补偿，即，对于部分支撑阶段组的从该组的第一部分支撑阶段延伸到最后一个部分支撑阶段的部分执行一次补偿。

例如，如果存在两个部分支撑阶段(例如，在大约第130位置角与第170位置角之间的第一角度范围内的第一部分支撑阶段和在大约第190位置角与第230位置角之间的第一角度范围内的第二部分支撑阶段)，则可由其形成部分支撑阶段组，该部分支撑阶段组从第130位置角延伸至第230位置角。由此，将对所述角度范围执行单个补偿。

此外，提出了一种根据权利要求7所述的拧紧***用于执行根据权利要求10所述的方法的用途。根据本发明的使用基本上具有上述优点，在此参考这些优点。

为了避免重复，与装置有关的公开特征也被视为与方法有关，由此也是可要求保护的。以相同的方式，与方法有关的公开特征也被视为与装置有关，由此也是可要求保护的。

在说明书、权利要求书和/或附图中公开的至少两个特征的所有组合构成本发明的范围的一部分。所述特征的组合也被视为是可要求保护的。

附图说明

本发明的另外优点、特征以及细节从优选示例性实施例的以下描述且从附图显而易见。

附图中：

图1示出了根据本发明的手持拧紧***的立体图；

图2示出了根据本发明的齿轮偏置头装置的示意俯视图(其中壳体被去除)；

图3示出了根据本发明的拧紧***的部件的框图；

图4示出了开放齿轮偏置头的扭矩曲线的协议；

图5示出了根据图4的开放齿轮偏置头的效率曲线的协议；

图6示出了封闭齿轮偏置头的扭矩曲线的协议；

图7示出了根据图6的封闭齿轮偏置头的效率曲线的协议；

图8示出了开放齿轮偏置头的部分支撑阶段的补偿的图；以及

图9示出了开放齿轮偏置头的部分支撑阶段的补偿的图。

具体实施方式

图1(***视图且同时为本发明的上下文视图)示出了手持拧紧***的立体图，该手持拧紧***具有用于向螺丝配合件(未示出)施加扭矩的拧紧装置2，拧紧装置2包括容纳在开放齿轮偏置头32的壳体4中的齿轮偏置头装置6。齿轮偏置头装置6在一端(在输出侧)被构造为与被实现为开槽输出齿轮8的装配拧紧工具相互作用并驱动该装配拧紧工具。在驱动侧，即在齿轮偏置头装置6的与输出相对的端部，齿轮偏置头装置6经由具有一对齿轮或锥形齿轮的角度头10，如果适用，经由机械接口46连接到可手动致动的驱动扭矩生成装置，驱动扭矩生成装置被实现为拧紧工具12。

拧紧工具12具有驱动马达26(例如，电动的或气动的)并且将其生成的输出力矩施加到拧紧装置2。拧紧装置2和拧紧工具12均具有机械接口，用于选择性地直接或间接连接到拧紧***的两个配合件中的另一个。

在用于手动拧紧致动的典型实现中，提供了这种拧紧装置2或齿轮偏置头装置6，并且其适于传递大约250Nm的最大扭矩。

拧紧装置2设计为开放齿轮偏置头，其特征在于，输出齿轮8具有实现为狭槽的凹部62，用于将螺丝配合件径向容置在六角承窝中。替代地，图中示出的拧紧装置可以设计为封闭齿轮偏置头。两种设计都具有上述相同的影响，这劣化了效率，并且通过本发明排除了两种设计的影响。另外，开放设计在部分支撑阶段对效率有影响，根据本发明，其影响也可以被排除。

图2以俯视图示出了拧紧装置2的若干齿轮偏置头装置6或齿轮，其中壳体4被去除并且输出齿轮8位于输出侧。由驱动马达26输出的输出扭矩施加到第一空转齿轮14、第二空转齿轮16以及第一支撑齿轮18和第二支撑齿轮20。两个支撑齿轮18和20通过啮合相应地将扭矩传递到输出齿轮8。

齿轮8、14、16、18和20彼此轴向平行地安装，并沿着壳体4的长度以线性方式布置，以便可在壳体4中旋转。箭头指示输出齿轮8的紧固旋转方向48。

在360°的完全旋转期间，输出齿轮8经过两个完全支撑阶段和两个部分支撑阶段。在完全支撑阶段，输出齿轮8与两个支撑齿轮18和20啮合。在部分支撑阶段，输出齿轮8仅与两个支撑齿轮18、20中的一个啮合。在角位置方面：0°指向壳体4的纵向上的附接位置并且被称为零位置，其中，输出齿轮8可以附接到螺丝配合件，这意味着第一完全支撑阶段开始于230°的角位置，经过0°的角位置，并且一直延伸到130°的角位置。第一部分支撑阶段开始于130°的角位置并且一直延伸至170°的角位置。所述第一部分支撑阶段之后是在170°与190°的角位置之间的窄的第二完全支撑阶段。最后，输出齿轮8经过在190°与230°的角位置之间的第二部分支撑阶段。由此，完全支撑阶段和部分支撑阶段交替。

在两个部分支撑阶段中的每一个期间，发生迟钝并导致效率劣化，如图5所示。在窄的完全支撑阶段中也可能发生迟钝。

图3提供了根据本发明的拧紧***和相邻***的各种装置和元件的概览。

拧紧工具12包括用于由操作者操作拧紧工具12的启动按钮22。借助于启动按钮22启动能量供应和控制单元24。当以速度控制操作拧紧***时，定义速度，并且控制单元24借助于输出到驱动马达26的信号重新调整由驱动马达26输出的扭矩。为此，驱动马达26可以包括例如行星齿轮(未示出)。驱动马达26可以将其位置和/或其旋转角度借助于信号传输给控制单元24。驱动马达26输出实际输出扭矩，该实际输出扭矩由用作扭矩检测装置的扭矩传感器28检测为一值。

用于控制拧紧***的驱动马达的控制回路在该点开始。实际上，扭矩传感器28将检测到的实际输出扭矩或其由驱动马达26输出的值传输至补偿单元30。补偿单元30中存储了特定于输出齿轮的扭矩曲线或特定于输出齿轮的效率曲线。其中，补偿单元30被配置为用特定于输出齿轮的扭矩曲线补偿实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值。换言之，由输出齿轮引起的并且反映为实际输出的输出扭矩的值中的峰值的迟钝被去除或补偿。然后，补偿单元30将补偿的输出扭矩的值传输到控制单元24。控制单元24被配置为将补偿的输出扭矩的值与断开扭矩进行比较，当补偿的输出扭矩的值达到断开扭矩时，驱动马达26被断开。

通过在达到断开扭矩时断开驱动马达26，本发明示出并确保了已经执行了拧紧过程直至成功结束，即，直至已经建立了固定的或限定的螺丝连接。现在排除由拧紧装置2的迟钝引起的提早断开和从而引起的扭矩增大到断开扭矩以上，视情况而定。

另外，控制单元24以与马达控制的已知控制回路中的实际输出扭矩值相同的已知方式处理补偿的输出扭矩的值。

由驱动马达26输出的扭矩经由机械接口输出到拧紧装置2。在图3所示的实施例中，拧紧装置2包括角度头10和齿轮偏置头32，该齿轮偏置头包括齿轮偏置头装置6和输出齿轮8。扭矩最终从输出齿轮8传递到螺丝配合件50，以便建立固定的螺丝连接。

驱动扭矩生成装置或拧紧装置2可包括拧紧装置识别装置34，可以有线或无线方式将例如设计、齿轮偏置头装置6、齿轮偏置头32和/或传输比的识别信息传输到拧紧工具12。为此，例如可以使用数据接口36来传输补偿数据。拧紧装置2还可以包括数据接口36，以便例如从拧紧装置2接收补偿数据和/或从外部数据源接收数据或将所述数据发送到外部数据源。例如，拧紧装置2可以包括用于确定输出齿轮8的位置角的角度确定装置40。角位置的所述测量值可以借助于例如数据接口36和38中的一个或两个来传输。该传输通过理想化的数据路径64来指示，该数据路径将角位置的测量值从角度头10和/或角度确定装置40传输到控制单元24以用于进一步处理。

在***极限42内示出了测量的示例。为此，拧紧装置2与拧紧工具12或驱动扭矩生成装置组合连接，并且检测输出齿轮8的至少一个完全旋转，如方框52所示。在这点上，重点在于传递的扭矩和效率。例如，如方框54所示，优选地可以记录多于50个完全旋转或拧紧循环。图6示出了扭矩的结果测量信号。在方框56中以未进一步详细描述的方式进一步处理所述测量信号，并且如果需要的话，将其数字化。然后，测量信号例如通过用于数据传输的接口58被传输到补偿单元30并且被存储在那里。然而，测量信号也可以存储在拧紧装置2的合适的存储器中。

图4示出了开放齿轮偏置头的测量曲线，该齿轮偏置头具有与两个支撑齿轮18和20啮合的输出齿轮8，如在***极限42内检测到的。图4和图5的组合视图示出了本发明所基于的实现。注意到，拧紧装置2的迟钝以循环方式发生。驱动马达26试图例如通过增加输出的输出扭矩来补偿速度控制中的这种迟钝，如图4中的峰值所示。结果是图5所示的效率曲线，并且该效率曲线每360°显著下降。效率下降与迟钝一致，因此可以推断，值的变化应当具有驱动马达26不必通过增加输出的输出扭矩来对迟钝作出反应的效果，这最终导致效率提高。

图6示出了封闭齿轮偏置头的测量曲线，该封闭齿轮偏置头具有与仅一个支撑齿轮啮合的输出齿轮，如在***极限42内检测到的。图7示出了直接由其产生的效率曲线。与图5所示的开放齿轮偏置头的测量曲线相比，该测量曲线示出了更稳定的过程。效率曲线的平均示出了具有周期性行为的正弦波60。在这种情况下，该波随着输出齿轮每旋转360°而重复。

图8和图9示出了补偿示例或驱动马达控制的两个选择。尽管以下描述仅涉及齿轮偏置头，但是所提到的原理也可以用于封闭齿轮偏置头。

在图8中，以示意性简化的方式绘制了以牛顿米为单位指定的扭矩与以度为单位指定的旋转角度的关系。断开扭矩的值通过粗虚线示出。实际输出的输出扭矩的值通过中细虚线示出。作为补偿文件的特定于输出齿轮的扭矩曲线的值通过细虚线示出。补偿的输出扭矩的值通过实线示出。

可以看出，驱动马达26试图通过输出增加的输出扭矩(图6所示的扭矩峰值)来补偿输出齿轮8的130°与170°的角位置之间的迟钝。补偿单元30至少在130°与170°之间的该部分支撑阶段中用特定于输出齿轮的扭矩的值来补偿实际输出的输出扭矩的值。通过与特定于输出齿轮的扭矩值比较，补偿单元30检测到在所述角度范围(130°至170°)内出现循环扭矩峰值，其由输出齿轮引起的扭矩峰值的清楚指示。该抵消的结果是示意性示出的补偿的输出扭矩的值。所述输出扭矩与根据本发明的补偿无关地增加，并且在点44处达到断开扭矩。在点44处，控制单元24使驱动马达26断开。此时，采取紧密的螺丝连接。

图9与图8非常相似，这就是为什么以下描述仅集中在差别上。

可以看出，输出齿轮8具有在130°与170°的旋转角之间的第一部分支撑阶段和在190°与230°的旋转角之间的第二部分支撑阶段。在从170°至190°的角度范围内的完全支撑阶段位于两个部分支撑阶段之间。两个部分支撑阶段的两侧是另一个完全支撑阶段，其范围从230°的旋转角通过0°的零位置直到130°的旋转角。在部分支撑阶段中，两个扭矩峰值的补偿可以分别针对各个部分支撑阶段进行。然而，也可以想到的是，将输出齿轮8的完全旋转内的两个部分支撑阶段组合成部分支撑阶段组。这允许以上述方式实现对部分支撑阶段组的整体的单个补偿。

附图标记

2 拧紧装置

4 壳体

6 齿轮偏置头装置

8 输出齿轮

10 角度头

12 拧紧工具

14 第一空转齿轮

16 第二空转齿轮

18 第一支撑轮

20 第二支撑轮

22 启动按钮

24 控制单元

26 驱动马达

28 扭矩传感器

30 比较单元

32 齿轮偏置头

34 拧紧装置识别装置

36 数据接口

38 数据接口

40 角度确定装置

42 ***极限

44 切口

46 机械接口

48 紧固旋转方向

50 螺丝配合件

52 方框

54 方框

56 方框

58 接口

60 正弦波

62 凹部

64 数据路径

Claims (16)

1.一种拧紧装置，

用于将扭矩施加和/或传递到螺丝配合件并且用于与驱动扭矩生成装置相互作用，所述拧紧装置包括：齿轮偏置头装置(6)，所述齿轮偏置头装置(6)具有能够以可拆卸方式连接到所述螺丝配合件的输出和驱动扭矩能够被手动地或机械地施加到其上的驱动器；

输出齿轮(8)，所述输出齿轮(8)能够由所述齿轮偏置头装置(6)驱动；

机械接口(46)，所述机械接口(46)用于选择性地直接或间接连接到所述驱动扭矩生成装置以便引入所述扭矩；

补偿单元(30)，所述补偿单元(30)被配置为存储和处理补偿数据，所述补偿数据包括特定于所述输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于所述输出齿轮的效率曲线，用于用所述数据抵消实际输出扭矩的值，以便生成补偿的输出扭矩的值；以及

数据接口(36)，所述数据接口(36)被配置为将补偿数据传输到驱动扭矩生成装置。

2.根据权利要求1所述的拧紧装置，包括用于检测所述实际输出扭矩的所述值的至少一个扭矩检测装置。

3.一种驱动扭矩生成装置，

用于生成扭矩并且用于与拧紧装置相互作用，所述驱动扭矩生成装置包括：

驱动马达(26)；

机械接口(46)，所述机械接口(46)配置用于选择性地直接或间接连接到所述拧紧装置(2)以便引入所述扭矩；

扭矩检测装置，所述扭矩检测装置用于检测实际输出扭矩的值；以及

补偿单元(30)，所述补偿单元(30)被配置为存储和处理补偿数据，所述补偿数据包括特定于所述输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于所述输出齿轮的效率曲线，用于用所述数据抵消实际输出扭矩的所述值，以便生成补偿的输出扭矩的值。

4.根据权利要求3所述的驱动扭矩生成装置，包括被配置用于传输补偿数据的数据接口(38)。

5.根据权利要求1或2所述的拧紧装置或根据权利要求3或4所述的驱动扭矩生成装置，包括拧紧装置识别装置。

6.根据权利要求1或2所述的拧紧装置或根据权利要求3至5中任一项所述的驱动扭矩生成装置，包括用于确定所述输出齿轮(8)的位置角的角度确定装置(40)。

7.一种拧紧***，至少包括：

拧紧装置(2)，所述拧紧装置(2)包括：

齿轮偏置头装置(6)，所述齿轮偏置头装置(6)具有能够以可拆卸的方式连接到所述螺丝配合件的输出和驱动扭矩能够被手动地或机械地施加到其上的驱动器；

输出齿轮(8)，所述输出齿轮(8)能够由所述齿轮偏置头装置(6)驱动；

机械接口(46)，

所述机械接口(46)用于选择性地直接或间接连接到所述驱动扭矩生成装置以便引入所述扭矩；以及

驱动扭矩生成装置，

所述驱动扭矩生成装置在所述驱动器的一侧连接到所述齿轮偏置头装置(6)，并且包括：

驱动马达(26)；

机械接口(46)，所述机械接口(46)用于选择性地直接或间接连接到所述拧紧装置(2)以便引入所述扭矩；

扭矩检测装置，所述扭矩检测装置用于检测实际输出扭矩的值；以及

补偿单元(30)，所述补偿单元(30)被配置为存储和处理补偿数据，所述补偿数据包括特定于所述输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于所述输出齿轮的效率曲线，用于用所述数据抵消所述实际输出扭矩的所述值，以便生成补偿的输出扭矩的值。

8.根据权利要求7所述的拧紧***，包括：

至少一个数据接口(36、38)，所述至少一个数据接口(36、38)被配置为传输补偿数据。

9.根据权利要求7或8所述的拧紧***，其包括：用于确定所述输出齿轮(8)的位置角的角度确定装置(40)。

10.一种用于控制拧紧***、优选根据权利要求7所述的拧紧***的驱动马达的方法，

所述方法至少包括以下步骤：

-将特定于所述输出齿轮的扭矩曲线和/或特定于输出齿轮的效率曲线存储在补偿单元(30)中；

-借助于扭矩检测装置检测由驱动马达(26)输出的所述实际输出扭矩的值；

-用至少一个补偿文件抵消所述实际输出扭矩的所述值，以便生成补偿的输出扭矩的值；以及

-通过所述补偿单元(30)将补偿的输出扭矩的所述值输出到所述驱动马达的控制单元(24)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述抵消包括，优选地仅针对至少一个部分支持阶段，补偿文件和所述实际输出扭矩的所述值的比较和/或相减和/或相加，和/或其中，所述抵消包括，优选地仅针对至少一个部分支持阶段，平滑所述实际输出扭矩的所述值。

12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括以下步骤：

-借助于角度确定装置(40)确定所述输出齿轮(8)的所述位置角；以及

-使用所述位置角以便由所述补偿单元(30)生成所述补偿的输出扭矩的所述值。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

-限定断开扭矩值，当所述驱动马达(26)的所述补偿的输出扭矩的所述值达到限定的所述断开扭矩值时，所述驱动马达(26)断开；以及

-限定所述驱动马达(26)旋转的目标速度，所述目标速度能够尽可能高的以这种方式动态地调节，直到达到所述断开扭矩值为止。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

-以速度控制来操作所述拧紧***。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

-将所述输出齿轮(8)的完全旋转内的若干部分支撑阶段组合成部分支撑阶段组；以及

-用至少一个补偿文件抵消实际输出扭矩的值，以便至少为所述部分支撑阶段组生成补偿的输出扭矩的值。

16.一种根据权利要求7所述的拧紧***用于执行根据权利要求10所述的方法的用途。

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