CN114833877A - 具有计数器装置的工具 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种工具，该工具包括具有利用表面(2)的工具头部(1)。该工具还包括对施加到利用表面(2)上的冲击进行响应的计数器装置(3；13)，其中计数器装置(3；13)包括：存储器(6)；对计数器装置(3；13)的操作进行控制的微控制器(5)；指示器(7)；连接到微控制器(5)的激励器(4；14)，该激励器(4；14)响应于施加到利用表面(2)上的冲击，产生电流从而激励计数器装置(3；13)以在存储器(6)中做出修改，并通过指示器(7)向用户提供关于存储器(6)中冲击的累计计数的信息。

Description

具有计数器装置的工具
技术领域
本发明涉及一种工具，该工具具有对施加到工具的冲击进行响应的计数器装置。
背景技术
现代消费者和工具制造商对工具的质量越来越感兴趣。例如，敲击或打击的手动工具，如斧头和锤子，其品质之一就是耐用性。敲击工具具有迅速的运动，它们会产生大的短期力量。这些工具通常被制造成可以使用几十年甚至更长的时间。然而，随着大量的使用和时间，当由于材料疲劳而对工具施加一定量的冲击时，即使这些工具也会出现破损点。
由于质量控制中的积极测试，制造商大致估计工具可以吸收并保持不破损的冲击有多少次。然而，对于普通消费者而言，如果不在每次使用期间主动计算，几乎不可能知道施加在工具上的冲击次数。知道了工具的累计计数，用户可能会更加了解工具材料的疲劳寿命，并更加注意可能的局部损坏，以防止材料最终破裂。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种解决上述问题的工具。本发明的目的通过以具体实施方式中所述内容为特征的布置来实现。本发明的优选实施方式在具体实施方式中公开。
本发明基于将计数器装置附接至工具的想法。
该布置的优点是特定工具的累计冲击计数信息被提供给用户，用户可以使用所述信息将其与制造商提供的材料疲劳之前的估计的或保证的冲击次数进行比较。
附图说明
在下文中，将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，其中：
图1示出了根据第一实施方式的具有计数器装置的工具；
图2示出了根据第二实施方式的具有计数器装置的工具。
具体实施方式
图1和图2中所示的工具是手动操作的斧头，该斧头包括工具头部1和手柄8。该工具也可以是电动工具，它由附加电源和手动使用的手动工具以外的机构驱动，例如，该电动工具是诸如手提钻。该工具也可以是铲子。图1示出了根据第一实施方式的包括计数器装置3的工具。图2示出了根据第二实施方式的包括计数器装置13的工具。
工具头部1可以是具有至少一个利用面2的金属件。本文中的利用面2是指在使用工具时被施加冲击的表面。它可以是斧头的刀刃的切削刃，或者是锤子的表面，或者是铲子的刀刃。计数器装置3、13布置成对施加到利用表面2的冲击进行响应。冲击可以是以下述方式施加到利用表面2的任何压力：施加的压力可以是瞬时的或逐渐增加的。
图中所示的计数器装置3、13位于手柄8内部，使得计数器装置3、13被密封在至少部分中空的手柄8内部。计数器装置3、13优选地与手柄8的内壁紧密接触以防止任何纵向、横向和旋转移动。计数器装置3、13也可以位于工具头部1内部而不是手柄8内部。计数器装置3、13可以以防水的构造被密封以防止雨水或湿气损坏计数器装置3、13。
该工具可以被制造成使得：计数器装置3、13被封闭在围封件(case)的内部，该围封件从工具头部的端部***到至少部分中空的手柄8内部并且被压缩在手柄8内部以用于刚性附接。计数器装置3、13也可以使用例如附接至计数器装置3、13的细绳或电线(wire)从工具上移除，这允许用户将计数器装置3、13从手柄8中拉出。
计数器装置3、13包括：存储器6；对计数器装置3、13的操作进行控制的微控制器5；指示器7；以及连接至微控制器5的激励器(energizer)4、14。响应于施加到工具的利用表面2上的冲击，激励器4、14被布置成产生电流来激励计数器装置3、13以在存储器6中做出修改，并通过指示器7向用户提供关于存储器6中的冲击的累计计数的信息。
存储器6可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、闪存、磁存储器设备和***、光学存储器设备和***、固定存储器和可移动存储器。然而，优选类型的存储器6是非易失性存储器，诸如闪存，它是长期一致的存储装置，并且即使在断电之后也可以保留存储的信息。
微控制器5嵌入在计数器装置3、13内部以对计数器装置3、13的动作和特征进行控制。典型的微控制器5是被设计成管理嵌入式***中的特定操作的紧凑型集成电路，并且包括一个或更多个通信控制电路(诸如处理器)，该通信控制电路包括一个或更多个算法(诸如计算机程序代码)，其中存储器和计算机程序代码与处理器一起被配置为：致使微控制器5在单个芯片上执行下文所述的任何一个示例功能。
计数器装置3、13的指示器7可以是提供对存储器6中的信息的无线访问的发射器。无线访问可以通过通信***来提供，例如利用GPRS(通用分组无线电服务)、4G或5G移动通信***或WLAN(无线局域网)或蓝牙等的通信***。发射器可以通过数据传输接口向一个或更多个服务器提供对信息的访问，该一个或更多个服务器具有计算机网络和例如可以允许用户和制造商访问信息的统一资源定位符(URL)。
在优选实施方式中，可以使用不需要额外电池或内部电源的无源近场通信(NFC)、无源射频识别(RFID)或无源蓝牙。当使用无源发射器时，即使在最后一次使用的多年后也可以访问信息。NFC芯片通常由小型存储式存储器、无线电芯片和天线组成。为了工作，NFC芯片利用NFC读取装置(诸如电话)的电力(power)。NFC芯片接收装置的电磁波，并将嵌入芯片上的数据无线传输到手机或平板电脑上。无源RFID标签由RFID读取器发射的电磁能供电。当蓝牙设备在其连接范围内时，无电池蓝牙芯片可以从环境无线电频率中获取能量并传输工具的存储器6中的信息。
在一些实施方式中，指示器7还可以包括数据传输端口，诸如通用串行总线(USB)连接器端口，以提供对存储器6中的信息的有线访问。所述USB端口可以位于手柄2的周围或手柄2的端部处。
从计数器装置3、13提供的信息可以包括特定工具的标识和已施加至工具的利用表面2的冲击的累计计数，以及当材料疲劳风险可能增加时，制造商提供的可选的冲击次数估计。当用户接收到信息时，用户可以更加了解工具寿命并注意工具材料并注意工具上可能的裂痕和其他破损。
在另一实施方式中，计数器装置3、13的指示器7可以布置成通过视觉或声音信号来指示冲击何时已施加到利用表面2。指示器7可以包括位于工具上的灯或显示器，该等或显示器将响应于冲击而被打开。指示器7可以包括将响应于冲击而发出声音的声源。
图1中的激励器4是压电能量采集器4，其布置成将冲击形式的动能转换成电能。压电能量收集技术是基于材料在施加机械力时产生电场的性质。压电能量采集器4可以包括具有悬臂式结构的压电梁4-1，其中一个或两个压电层安装在基板层上，金属层作为电极用于将电子从压电材料传输到微控制器5。压电梁4-1的第一端部可以用螺钉或其他合适的紧固件固定在梁固定部4-2上。压电梁4-1被布置为响应于冲击而弯曲并产生电流。产生的电荷可以通过梁固定部4-2上的电线传输到微控制器5中。质量块(proof mass)(图中未示出)可以附接至压电梁4-1的第二端部，该质量块响应于冲击而使压电梁4-1弯曲并产生电流。质量块降低共振频率并增加沿着梁的应变以增加输出电荷。
压电梁4-1被定位成：使得压电梁4-1在工具头部1的利用表面2的冲击下沿着轨迹的切线弯曲。弯曲方向也适用于工具具有多于一个利用表面2的情况，诸如在大锤和铲子的情况。然而，如果工具首先侧着落下(drop side)而不是沿着弯曲方向，则不会产生电流，因此不会对存储器6中的累计计数做出修改。
在某些情况下，计数器装置3、13可以在冲击力达到预定值以上时对累计计数做出修改，该预定值可能因工具而异。对于较小的工具，诸如羊角锤，预定值可以更小，诸如2kN；而对于较大的工具，诸如大锤，预定值可以更大，诸如5kN。
图2示出了根据第二实施方式的包括计数器装置13的工具。图2的实施方式与结合图1说明的实施方式非常相似。因此，以下主要通过指出不同之处来说明图2的实施方式。
图2中的激励器14是电磁能量采集器14，其通过电磁感应将流动能量转换成电能。电磁(其有时称为电动)能量采集是基于法拉第电磁感应定律，该定律是电磁线圈14-5和磁体14-3的组合，该电磁线圈14-5与磁体14-3之间具有相对速度。电磁能量采集器14可以包括壳体14-1，其包含第一弹簧14-2，该第一弹簧14-2的第一端部连接至壳体14-1的第一内壁并且该第一弹簧14-2的第二端部连接至磁体14-3。此外，第二弹簧14-4的第一端部可以连接至与第一内壁相对的第二内壁，并且第二弹簧14-4的第二端部连接至同一磁体14-3的相对侧。然而，在一些实施方式中，可以仅提供一个弹簧。
电磁线圈14-5可以围绕磁体14-3，使磁体14-3可以穿过线圈14-5，或者磁体14-3可以位于线圈14-5的上方或下方，其中磁体14-3响应于冲击而相对于线圈14-5移动并产生电流。线圈14-5和磁体14-3的位置可以改变。例如，线圈14-5可以附接至弹簧14-2的第二端部，而磁体14-3固定地连接至壳体14-1的内壁。
在图1和图2中，计数器装置3、13布置在手柄8内部。然而，在一些实施方式中，计数器装置3、13也可以布置在工具头部1内部或刚性地附接至工具头部1。计数器装置3、13可替代地沿纵向方向刚性地附接至手柄8的顶部或侧面。
在又一实施方式中，该工具还包括在该工具的可见表面上的该工具的特定光学识别标记，其中该光学识别标记链接至能够对存储器中的信息进行访问的URL。例如，这种特定的光学识别标记可以是QR或条形码或一系列数字和/或字母。

Claims (13)

1.一种工具，所述工具包括具有利用表面(2)的工具头部(1)，
其中，所述工具还包括计数器装置(3；13)，所述计数器装置(3；
13)对施加到所述利用表面(2)的冲击进行响应，其中，所述计数器装置(3；13)包括：
存储器(6)；
微控制器(5)，所述微控制器(5)对所述计数器装置(3；13)的操作进行控制；
指示器(7)；
激励器(4；14)，所述激励器(4；14)连接至所述微控制器(5)，所述激励器(4；14)响应于施加到所述利用表面(2)的冲击，产生电流从而激励所述计数器装置(3；13)以在所述存储器(6)中做出修改，并通过所述指示器(7)向用户提供关于所述存储器(6)中冲击的累计计数的信息。
2.根据权利要求1所述的工具，其中，所述激励器(4)是将冲击形式的动能转换成电能的压电能量采集器(4)，其中，所述压电能量采集器(4)包括：
压电梁(4-1)，
梁固定部(4-2)，所述梁固定部(4-2)连接至所述压电梁(4-1)的第一端部，
其中，所述压电梁(4-1)响应于所述冲击而弯曲并产生电流。
3.根据权利要求1所述的工具，其中，所述激励器(14)是通过电磁感应将流动能量转换为电能的电磁能量采集器(14)，其中，所述电磁能量采集器(14)包括：
壳体(14-1)；
弹簧(14-2)，所述弹簧(14-2)的第一端部连接至所述壳体(14-1)的内壁；
磁体(14-3)，所述磁体(14-3)连接至所述弹簧(14-2)的第二端部；
线圈(14-5)；
其中，所述磁体(14-3)响应于冲击而相对于所述线圈(14-5)移动并产生电流。
4.根据权利要求1所述的工具，其中，所述计数器装置(3；13)被密封在所述工具的至少部分中空的手柄(8)内部，使得所述激发器(4；14)位于所述工具头部(1)与所述手柄(8)的中部之间。
5.根据权利要求1所述的工具，其中，所述存储器(6)是非易失性存储器。
6.根据权利要求1所述的工具，其中，所述指示器(7)提供视觉信号。
7.根据权利要求1所述的工具，其中，所述指示器(7)是发射器并且所述指示器(7)提供对所述存储器(6)中的信息的无线访问。
8.根据权利要求7所述的工具，其中，所述发射器是NFC、RFID或蓝牙***之一。
9.根据权利要求1所述的工具，其中，所述信息包括：所述工具的标识；以及已施加至所述工具的所述利用表面(2)的冲击的累计计数。
10.根据权利要求1所述的工具，其中，所述计数器装置(3；13)在所述冲击是来自沿着所述工具头部(1)的轨迹的切线的情况下通过增加所述累计计数来进行修改。
11.根据权利要求1所述的工具，其中，所述计数器装置(3；13)在冲击力达到预定值以上时通过增加所述累计计数来做出修改。
12.根据权利要求1所述的工具，其中，所述工具还包括在所述工具的可见表面上的所述工具的特定光学识别标记，其中，所述光学识别标记链接至能够对所述存储器(6)中的信息进行访问的URL。
13.根据权利要求1所述的工具，其中，所述工具是手动敲击工具。
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