ЗАВИНЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СРЕДСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИВОДНОГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, ЗАВИНЧИВАЮЩАЯ СИСТЕМА, А ТАКЖЕ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
SCREWING DEVICE, MEANS FOR CREATION OF DRIVE TORQUE, SCREWING SYSTEM, AS WELL AS METHOD FOR ADJUSTMENT OF TORQUE

Настоящее изобретение относится к винтовому или завинчивающему устройству для приложения крутящего момента к винтовому партнеру или компоненту. Кроме того, изобретение относится к средству создания приводного крутящего момента для создания крутящего момента. Далее, данное изобретение относится к винтовой или завинчивающей системе, по меньшей мере, включающей в себя винтовое (завинчивающее) устройство и средство создания приводного крутящего момента. Далее, настоящее изобретение относится к способу регулирования приводного двигателя винтовой (завинчивающей) системы. Кроме того, изобретение относится к применению винтовой (завинчивающей) системы для выполнения способа.
Из практики, в частности промышленной винтовой техники, известны винтовые устройства, которые обозначаются, например, как так называемые плоскостные выходные (ведомые) части, и в частности при винтовых/монтажных работах, при которых винтовой партнер (то есть, например, нагружаемый в рамках контекста данного изобретения крутящим моментом винт) из-за особых пространственных монтажных условий доступен лишь с трудом или с большой сложностью. Говоря о плоскостных выходных частях, речь идет, как правило, об установленных в плоском корпусе передаточных узлах с предусмотренной, как правило, на одном конце приводной частью и предусмотренной на противоположном конце выходной (ведомой) частью, на которой затем винтовой партнер может, подходящим образом разъемно, фиксироваться. Передаточный механизм в корпусе плоскостной выходной части состоит при этом зачастую из зацепляющейся друг за друга и реализующей тем самым передачу крутящего момента от приводной части к выходной части системы зубчатых колес, которые между приводной частью и выходной частью (которые зачастую сами предусмотрены в виде зубчатых колес с соответствующими внешними зубьями) реализуют, например, передачу 1:1, причем, однако, в зависимости от области применения различные ее варианты и модификации в целом известны, и предполагаемая в общем технология возможна и известна.
С выходной стороны плоскостные выходные части имеют выходное (ведомое) зубчатое колесо, которое может быть выполнено с поддержкой, по меньшей мере, одним соседним зубчатым колесом и с зацеплением за него. Выходное зубчатое колесо служит для передачи крутящего момента на винтового партнера. В этой связи у плоскостных выходных частей следует делать различие между закрытой конструкцией, при которой винтовой партнер может исключительно в осевом направлении вводиться в снабженное, например, внутренним шестигранником выходное зубчатое колесо, и открытой конструкцией, при которой винтовой партнер может также в радиальном направлении относительно оси вращения выходного зубчатого колеса входить в зацепление с выходным зубчатым колесом.
При открытой конструкции выходное зубчатое колесо выполнено незамкнутым, а имеет выемку на своем периметре, для того чтобы была возможность принимать винтового партнера в радиальном направлении во внутреннем шестиграннике. Для того чтобы была возможность достаточно поддерживать выходное зубчатое колесо на каждой фазе его вращения, выходное зубчатое колесо находится периодически в зацеплении, по меньшей мере, с двумя соседними зубчатыми колесами, соответственно, опорными зубчатыми колесами, так что выходное зубчатое колесо приводится в движение, по меньшей мере, одним из обоих опорных зубчатых колес. Выходное зубчатое колесо проходит таким образом во время полного оборота в 360°, по меньшей мере, одну полную опорную фазу, во время которой оно находится в зацеплении, по меньшей мере, с двумя другими зубчатыми колесами, соответственно, опорными зубчатыми колесами, и, по меньшей мере, одну частичную опорную фазу, во время которой оно находится в зацеплении с меньшим количеством зубчатых колес, соответственно, опорных зубчатых колес, чем во время полной опорной фазы. Как правило, выходное зубчатое колесо находится в зацеплении во время полной опорной фазы с двумя опорными зубчатыми колесами, а во время частичной опорной фазы с одним опорным зубчатым колесом. Во время частичной опорной фазы выемка выходного зубчатого колеса обращена таким образом к тому опорному зубчатому колесу, которое в данный момент не находится в зацеплении с выходным зубчатым колесом.
При закрытой конструкции достаточно, как правило, одного соседнего зубчатого колеса для поддержки и передачи крутящего момента, так что выходное зубчатое колесо закрытой конструкции проходит во время полного оборота в 360° только полную опорную фазу.
Описанное только что винтовое устройство используется чаще всего вместе со средством создания приводного крутящего момента, которое может быть выполнено для создания крутящего момента и для взаимодействия с винтовым устройством. Средством создания приводного крутящего момента может быть, например, ручной инструмент или стержневой или стержне-угловой винтоверт. Подобные средства создания приводного крутящего момента применяются чаще всего в промышленных условиях и, в частности, в комбинации с винтовым устройством для того, чтобы при особых пространственных монтажных условиях, при которых винтовые партнеры доступны лишь с трудом, производить удовлетворительный монтаж.
Комбинация винтового устройства и средства создания приводного крутящего момента может объединяться в виде винтовой системы, причем обе части могут иметь возможность комбинироваться друг с другом независимо от изготовителей. Известны, например, изготовители винтовых устройств, которые не продают средства создания приводного крутящего момента, и наоборот.
Винтовые системы со средством создания приводного крутящего момента и, в частности, средство создания приводного крутящего момента включают в себя приводной двигатель и при необходимости блок управления или регулирования для приводного двигателя. Этот блок регулирования задает, например, эксплуатируется ли инструмент либо с регулированием по крутящему моменту, либо с регулированием по частоте вращения. При регулировании по частоте вращения, например, задается поддерживаемая частота вращения и крутящий момент отключения. Блок управления подстраивает затем выданный приводным двигателем крутящий момент соответствующим образом. Однако такая взаимозависимость полностью игнорирует неточности, тугости хода и потери коэффициента полезного действия приводимого в движение винтового устройства. И хотя известен общий коэффициент полезного действия, но не влияние винтового устройства на общий коэффициент полезного действия.
Благодаря зацеплению за упомянутое, по меньшей мере, одно соседнее опорное зубчатое колесо, на коэффициенте полезного действия винтового устройства и таким образом также винтовой системы отрицательно сказываются при винтовом устройстве как открытой конструкции, так и закрытой конструкции, например, циклическая погрешность, радиальное биение, погрешность зубьев (например, повреждение боковой поверхности зуба), смазка, качество поверхности и/или режим трения между контактирующими боковыми поверхностями зубьев. Чем больше эти воздействия, тем более неустойчив коэффициент полезного действия. “Неустойчив” означает здесь, что кривая коэффициента полезного действия обладает существенными отклонениями по сравнению с гармонической кривой коэффициента полезного действия.
Благодаря обусловленным конструкцией у открытой плоскостной выходной части фазам разного количества зацепленных опорных зубчатых колес возникает помимо этого измеряемая тугость хода плоскостной выходной части. Это приводит к сильным колебаниям в эксплуатационном поведении двигателя средства создания приводного крутящего момента, так как он пытается компенсировать возникающую тугость хода. При эксплуатации с регулированием по частоте вращения (частота вращения задается, двигатель подстраивает крутящий момент) двигатель пытается, например, поддерживать за счет изменения выданного момента заданную величину частоты вращения. Эта неравномерная и негармоническая кривая крутящего момента приводит к низкому коэффициенту полезного действия винтовой системы для частичных опорных фаз по сравнению с коэффициентом полезного действия полных опорных фаз. В итоге возникает помимо этого более низкий в целом коэффициент полезного действия в том случае, если сравнивают конструкцию открытой плоскостной выходной части с конструкцией закрытой плоскостной выходной части.
Сильное изменение крутящего момента за один оборот выходного зубчатого колеса приводит также к тому, что при заданном крутящем моменте отключения выданный крутящий момент двигателя может проходить крутящий момент отключения, и таким образом отключать двигатель. Однако отключение может быть вызвано вышеуказанными, понижающими коэффициент полезного действия воздействиями плоскостной выходной части, а не, что желательно, затянутым винтовым партнером. То есть может случаться, что винтовое соединение даже не затягивается до необходимого крутящего момента затяжки, так как двигатель преждевременно отключается. Однако в худшем случае пользователь предполагает, что винтовой партнер затянут необходимым образом, что может приводить к повреждениям и/или существенным угрозам безопасности вследствие того, что винтовой партнер неожиданно отвинчивается.
Неравномерность в кривой крутящего момента приводит к тому, что отдельные выбросы в кривой крутящего момента могут превышать заданный порог отключения, что приводит к тому, что приводной двигатель отключается, прежде чем достигнут необходимый предельный момент винтового соединения. Другими словами у винтовых устройств и в частности открытых плоскостных выходных частей обусловленное частичной опорной фазой кратковременное прохождение порога отключения приводит к отключению двигателя, несмотря на то, что даже не известно, какой момент затяжки фактически передан на винтового партнера, что приводит к затянутому неопределенным образом винтовому соединению.
Следовательно, существует особая техническая необходимость решать общую проблему для каждого из трех аспектов (винтового устройства, средства создания приводного крутящего момента и винтовой системы).
Проблема, которую имеют все три аспекта (винтовое устройство, средство создания приводного крутящего момента и винтовая система), может видеться в том, что понижающие коэффициент полезного действия воздействия имеют прямое влияние на поведение двигателя, и таким образом равномерное поведение при эксплуатации и определенная затяжка винтового партнера затруднены или невозможны. В частности, при использовании открытых плоскостных выходных частей обусловленное частичной опорной фазой кратковременное прохождение крутящего момента отключения выданным крутящим моментом может приводить к преждевременному отключению двигателя и таким образом к затянутому неопределенным образом, соответственно, незаконченному винтовому соединению (свинчиванию).
Однако, непосредственно в промышленном контексте зачастую необходимо устанавливать по причинам обеспечения качества высококачественное винтовое соединение.
Исходя из этого, задача настоящего изобретения предложить винтовое устройство, средство создания приводного крутящего момента, винтовую систему, способ, а также применение, которые обеспечивают, в частности с учетом конструкции винтового устройства, высококачественное винтовое соединение. Кроме того, винтовое соединение (свинчивание) должно иметь возможность выполняться таким образом, что оно может затягиваться до определенного предельного момента.
Эта задача решена с помощью винтового устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения, с помощью средства создания приводного крутящего момента с признаками пункта 5 формулы изобретения, с помощью винтовой системы с признаками пункта 9 формулы изобретения, с помощью способа регулирования приводного двигателя с признаками пункта 12 формулы изобретения, а также с помощью применения с признаками пункта 18 формулы изобретения.
В основе изобретения лежит понимание того, что указанные понижающие коэффициент полезного действия воздействия и/или тугость хода возникают циклично относительно полного оборота в 360° выходного зубчатого колеса. В частности, при плоскостной выходной части открытой конструкции существенные воздействия возникают во время частичной опорной фазы. Таким образом, стало известно в каком угловом положении выходного зубчатого колеса какой коэффициент полезного действия присутствует, и какие воздействия сказываются ухудшающим образом. Для обеспечения равномерного поведения при эксплуатации и/или для предотвращения отключения приводного двигателя за счет преждевременного достижения заданного порогового значения, как например крутящего момента отключения, предусмотрена манипуляция, соответственно, компенсация значения выданного приводным двигателем фактического приводного крутящего момента. Для этого служат компенсационные данные, которые могут включать в себя кривую крутящего момента и/или кривую коэффициента полезного действия, которые создаются, например, при полном обороте в 360° выходного зубчатого колеса и/или его прохождении через полную опорную фазу (фаза вращения, в которой выходное зубчатое колесо зацепляется с по меньшей мере двумя другими зубчатыми колесами) и частичную опорную фазу (фаза вращения, в которой выходное зубчатое колесо зацепляется с меньшим, чем упомянутые по меньшей мере два других зубчатых колеса, с которыми происходит зацепление во время полной опорной фазы). Могут таким образом использоваться данные о поведении крутящего момента или о коэффициенте полезного действия винтового устройства.
Компенсационный массив данных, соответственно, специфическая для выходного зубчатого колеса кривая крутящего момента или, точнее говоря, ее значение могут получаться, например, посредством первоначального замера винтового устройства на подходящем испытательном стенде. Зная момент времени и/или угол поворота тугости хода, может теперь осуществляться манипулирование значением фактического приводного крутящего момента или компенсирование превышающего при известных условиях значение крутящего момента отключения пика в зарегистрированном фактическом приводном крутящем моменте. Вследствие того, что теперь известно, в какой момент времени и/или при наличии какого угла поворота возникает тугость хода, вызванный выходным зубчатым колесом пик крутящего момента и/или его доля в пике крутящего момента может вычисляться из значения выданного приводным двигателем фактического приводного крутящего момента.
Специфическая для выходного зубчатого колеса кривая крутящего момента может включать в себя, например, данные или значения для полного оборота в 360° выходного зубчатого колеса или же также лишь для упомянутого, по меньшей мере, одного углового промежутка или частичной опорной фазы.
Вследствие этого могут достигаться несколько преимуществ. С одной стороны, может достигаться существенное повышение коэффициента полезного действия. С другой стороны, теперь при сравнении, по меньшей мере, с одним компенсационным массивом данных может обнаруживаться, вызван ли пик крутящего момента выходным зубчатым колесом или винтовым соединением. А именно, в случае, если значение скомпенсированного крутящего момента превышает пороговое значение, как например крутящий момент отключения, то предполагается, что имеет место прочное винтовое соединение. Изобретение компенсирует именно лишь вызванное выходным зубчатым колесом повышение крутящего момента, так что при вызванном винтовым соединением достижении порогового значения двигатель, как обычно, может отключаться.
Эта соответствующая изобретению основная идея воплощена в винтовом устройстве согласно пункту 1 формулы изобретения, в средстве создания приводного крутящего момента согласно пункту 3 формулы изобретения, в винтовой системе согласно пункту 7 формулы изобретения и реализуется посредством способа согласно пункту 10 формулы изобретения, а также применения согласно пункту 16 формулы изобретения.
Поэтому для решения вышеуказанных проблем предлагается винтовое устройство для приложения и/или передачи крутящего момента на винтового партнера и для взаимодействия со средством создания приводного крутящего момента, включающее в себя плоскостные выходные средства, которые имеют разъемно соединяемую с винтовым партнером выходную часть, а также нагружаемую вручную или механически приводным крутящим моментом приводную часть, выходное зубчатое колесо, которое может приводиться в движение плоскостными выходными средствами, механический интерфейс (сопряжение) для выборочного непосредственного или опосредованного присоединения к средству создания приводного крутящего момента для введения крутящего момента, блок компенсации, выполненный для хранения и обработки компенсационных данных, включающих в себя специфическую для выходного зубчатого колеса кривую крутящего момента (=данные о характеристических изменениях крутящего момента выходного зубчатого колеса) и/или специфическую для выходного зубчатого колеса кривую коэффициента полезного действия (=данные о характеристических изменениях коэффициента полезного действия выходного зубчатого колеса), для пересчета со значением фактического выходного крутящего момента для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента, и интерфейс данных, выполненный для передачи компенсационных данных на средство создания приводного крутящего момента.
Винтовое устройство может иметь, например, открытую конструкцию. При этом выходное зубчатое колесо проходит во время полного оборота, по меньшей мере, одну полную опорную фазу, во время которой оно находится в зацеплении, по меньшей мере, с двумя другими зубчатыми колесами, и, по меньшей мере, одну частичную опорную фазу, во время которой оно находится в зацеплении с меньшим количеством зубчатых колес, чем во время полной опорной фазы. Однако винтовое устройство может также иметь, например, закрытую конструкцию. Винтовое устройство может быть также угловой головкой. Угловая головка может быть расположена между средством создания приводного крутящего момента и плоскостной выходной частью, для того чтобы передавать крутящий момент при помощи передачи отклонения силового потока. Следовательно, изобретение может также реализовываться при угловой головке, причем плоскостные выходные средства могут также при угловой головке называться как зубчатые колеса или конические зубчатые колеса для передачи крутящего момента, а выходное зубчатое колесо может называться как то зубчатое колесо, которое передает крутящий момент из угловой головки, например, на плоскостную выходную часть.
Винтовое устройство может соединяться известным образом с подходящими различными средствами создания приводного крутящего момента и содержит, по меньшей мере, одни собственный компенсационный массив данных, для того чтобы предоставлять его в распоряжение через интерфейс данных средству создания приводного крутящего момента. “Пересчет” обозначает согласно изобретению не непосредственно использование основных арифметических операций, а скорее компьютеризированную обработку.
В одном предпочтительном варианте осуществления винтового устройства согласно изобретению предусмотрено, по меньшей мере, одно средство регистрации крутящего момента для регистрации значения фактического выходного крутящего момента. Как правило, винтовые устройства и, в частности, плоскостные выходные части не включают в себя собственное средство регистрации крутящего момента. Средство регистрации крутящего момента винтового устройства может быть датчиком крутящего момента. Так как винтовые устройства используются для завинчивания в комбинации со средством создания приводного крутящего момента, и средство создания приводного крутящего момента включает в себя, как правило, собственное средство регистрации крутящего момента, от средства регистрации крутящего момента в винтовом устройстве можно принципиально отказаться. Тем не менее такое средство регистрации крутящего момента предоставляет возможность регистрации крутящего момента в самом винтовом устройстве, так что эти данные дают точное представление о фактически имеющемся на выходном зубчатом колесе крутящем моменте или, по меньшей мере, дают четкое указание на него.
Согласно изобретению предлагается помимо этого средство создания приводного крутящего момента для создания крутящего момента и взаимодействия с винтовым устройством, включающее в себя приводной двигатель, механический интерфейс, выполненный для выборочного непосредственного или опосредованного присоединения к винтовому устройству для введения крутящего момента, средство регистрации крутящего момента для регистрации значения фактического выходного крутящего момента и блок компенсации, выполненный для хранения и обработки компенсационных данных, включающих в себя специфическую для выходного зубчатого колеса кривую крутящего момента и/или специфическую для выходного зубчатого колеса кривую коэффициента полезного действия, для пересчета со значением фактического выходного крутящего момента для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента.
Соответствующую изобретению основную идею можно также реализовывать в средстве создания приводного крутящего момента. Благодаря регистрации крутящего момента средством регистрации крутящего момента может в любой момент времени обнаруживаться посредством сравнения с компенсационными данными положение выходного зубчатого колеса. Вследствие этого может, по меньшей мере, в частичной опорной фазе производиться соответствующая изобретению компенсация. Средство регистрации крутящего момента может быть, например, датчиком крутящего момента или же также датчиком двигателя.
Средство создания приводного крутящего момента может соединяться известным образом с подходящими различными винтовыми устройствами и содержать компенсационные данные присоединенного винтового устройства. Интерфейс данных не является обязательно необходимым.
В одном другом предпочтительном варианте осуществления средства создания приводного крутящего момента согласно изобретению предусмотрен интерфейс данных, выполненный для передачи компенсационных данных. Вследствие этого данные могут, например, обмениваться между средством создания приводного крутящего момента и присоединенным к нему винтовым устройством. Например, возможно, что одно средство создания приводного крутящего момента может производить соответствующим изобретению образом соответствующую изобретению компенсацию для каждого крутящего момента различных присоединяемых к средству создания приводного крутящего момента винтовых устройств. Таким образом, одно средство создания приводного крутящего момента может использоваться для различных винтовых устройств. Данные могут иметь возможность передаваться, например, беспроводным или проводным путем.
Альтернативно или дополнительно возможно, что предусмотрено средство идентификации винтового устройства. Подобное средство подходит для однозначной идентификации соединенного со средством создания приводного крутящего момента винтового устройства. Идентификация может осуществляться, например, посредством ручного ввода данных в средство создания приводного крутящего момента или же автоматически при присоединении винтового устройства. Предпочтительно винтовое устройство может через интерфейс данных передавать собственные идентификационные данные на средство создания приводного крутящего момента. С каждыми идентификационными данными может быть согласован специфический компенсационный массив данных, который при распознанных идентификационных данных может извлекаться и использоваться. Блок компенсации может хранить, например, множество специфических для выходного зубчатого колеса кривых крутящего момента или кривых коэффициента полезного действия, для того чтобы взаимодействовать соответствующим изобретению образом с соответствующими различными винтовыми устройствами.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено у винтового устройства или у средства создания приводного крутящего момента средство определения угла для определения позиционного угла выходного зубчатого колеса. При помощи такого средства определения угла может точно регистрироваться положение выходного зубчатого колеса, соответственно, его позиционный угол, например, в системе 360° и может таким образом иметься возможность установления, в какой фазе находится выходное зубчатое колесо. В этом случае может быть помимо этого предпочтительной идентификация винтового устройства и, в частности, его передаточного отношения. Кроме того, не должно изначально указываться нулевое положение (0°) или угловое расстояние до него, так как оно может определяться.
Кроме того, предлагается винтовая система, по меньшей мере, включающая в себя винтовое устройство, включающее в себя плоскостные выходные средства, которые имеют разъемно соединяемую с винтовым партнером выходную часть, а также нагружаемую вручную или механически приводным крутящим моментом приводную часть, выходное зубчатое колесо, которое может приводиться в движение плоскостными выходными средствами, механический интерфейс для выборочного непосредственного или опосредованного присоединения к средству создания крутящего момента для введения крутящего момента,
а также средство создания приводного крутящего момента, которое с приводной стороны соединено с плоскостными выходными средствами, включающее в себя приводной двигатель, механический интерфейс, выполненный для выборочного непосредственного или опосредованного присоединения к винтовому устройству для введения крутящего момента, средство регистрации крутящего момента для регистрации значения фактического выходного крутящего момента и блок компенсации, выполненный для хранения и обработки компенсационных данных, включающих в себя специфическую для выходного зубчатого колеса кривую крутящего момента и/или специфическую для выходного зубчатого колеса кривую коэффициента полезного действия, для пересчета со значением фактического выходного крутящего момента для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента.
Винтовая система может быть выполнена в виде ручной винтовой системы и имеет в этом случае такой вес, что она может переноситься предпочтительно одной рукой пользователя. Таким образом, она смещается в отношении веса в рамки требований законодательства. Однако, она может быть также выполнена в виде стационарной системы.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления винтовой системы согласно изобретению она включает в себя, по меньшей мере, один интерфейс данных, выполненный для передачи компенсационных данных. При помощи такого интерфейса данных может осуществляться обмен данными либо между винтовым устройством и средством создания приводного крутящего момента, либо же между винтовой системой и внешней точкой данных. А именно, например, возможно выполнять работы по техническому обслуживанию на компенсационных данных или же адаптировать компенсационные данные.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления винтовой системы согласно изобретению она включает в себя средство определения угла для определения позиционного угла выходного зубчатого колеса.
Согласно изобретению предлагается помимо этого способ регулирования приводного двигателя винтовой системы, предпочтительно винтовой системы согласно пункту 7 формулы изобретения, включающий в себя, по меньшей мере, следующие этапы:
- запись специфической для выходного зубчатого колеса кривой крутящего момента и/или специфической для выходного зубчатого колеса кривой коэффициента полезного действия в блоке компенсации,
- регистрация значения выданного приводным двигателем фактического выходного крутящего момента средством регистрации крутящего момента,
- пересчет значения фактического выходного крутящего момента с помощью, по меньшей мере, одного компенсационного массива данных для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента и
- выдача блоком компенсации значения скомпенсированного выходного крутящего момента на блок регулировки приводного двигателя.
Способ реализует таким образом основную идею изобретения. Специфическая для выходного зубчатого колеса кривая крутящего момента и специфическая для выходного зубчатого колеса кривая коэффициента полезного действия являются компенсационными массивами данных. Соответствующий изобретению способ имеет по существу вышеуказанные преимущества, на которые настоящим делается ссылка.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению пересчет включает в себя сравнение и/или вычитание и/или прибавление компенсационного массива данных со значением фактического выходного крутящего момента, предпочтительно исключительно для, по меньшей мере, одной частичной опорной фазы, и/или сглаживание значения фактического выходного крутящего момента, предпочтительно исключительно для, по меньшей мере, одной частичной опорной фазы. Вследствие этого с вызванным винтовым устройством повышением крутящего момента могут проводиться такие манипуляции, что оно может представляться как несуществующее. Значение скомпенсированного выходного крутящего момента, выданное на блок регулировки, который может быть выполнен, например, для процессов управления и/или регулировки, обрабатывается там и в зависимости от режима работы (регулирование по частоте вращения или регулирование по крутящему моменту) обрабатывается известным образом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления способа согласно изобретению он включает в себя
- определение средством определения угла позиционного угла выходного зубчатого колеса и
- использование указанного позиционного угла блоком компенсации для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента.
В подобном варианте осуществления позиционный угол выходного зубчатого колеса может использоваться для более точной компенсации. При помощи этого угла может, например, при открытом винтовом устройстве обнаруживаться, в каких фазах вращения выходное зубчатое колесо находится в полной опорной фазе или частичной опорной фазе. Позиционный угол может указываться в системе 360°. Как правило, у поддержанного двумя опорными зубчатыми колесами выходного зубчатого колеса первая частичная опорная фаза может находиться в первом угловом промежутке между примерно 130-градусным позиционным углом и 170-градусным позиционным углом, а вторая частичная опорная фаза в первом угловом промежутке между примерно 190-градусным позиционным углом и 230-градусным позиционным углом. Однако, угловые промежутки зависят от конкретного исполнения опорных зубчатых колес и их расположения. При нулевом положении, соответственно, позиционном угле в 0° выходного зубчатого колеса имеется у открытого винтового устройства положение приставления, в котором выходное зубчатое колесо может приставляться к винтовому партнеру.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления способа согласно изобретению он включает в себя
- задание значения крутящего момента отключения, при достижении которого значением скомпенсированного выходного крутящего момента приводной двигатель отключается, и
- задание расчетной (номинальной) частоты вращения, с которой вращается двигатель, причем расчетная частота вращения может динамически адаптироваться таким образом, что она до достижения значения крутящего момента отключения выбирается максимально большой.
Во время эксплуатации расчетная частота вращения может выбираться в идеале настолько большой, что значение крутящего момента отключения непосредственно не превышается. Подобный вариант осуществления приводит к быстрому процессу завинчивания.
Кроме того, возможно, что соответствующий изобретению способ предусматривает эксплуатацию винтовой системы с регулированием по частоте вращения. Такой режим эксплуатации является обычным, в частности, в промышленном контексте и делает там возможным предпочтительное использование изобретения.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления согласно изобретению способ предусматривает шаги
- объединение нескольких частичных опорных фаз в переделах полного оборота выходного зубчатого колеса в группу частичных опорных фаз и
- пересчет значения фактического выходного крутящего момента с помощью, по меньшей мере, одного компенсационного массива данных для генерирования значения скомпенсированного выходного крутящего момента, по меньшей мере, для указанной группы частичных опорных фаз.
В случае если выходное зубчатое колесо проходит во время полного оборота в 360° несколько частичных опорных фаз, несколько, предпочтительно все, эти частичные опорные фазы могут иметь возможность объединения в группу частичных опорных фаз. Преимущество этого заключается в том, что лишь одна единственная компенсация должна производиться за один оборот, а именно для области группы частичных опорных фаз, которая распространяется от первой частичной опорной фазы группы до последней частичной опорной фазы.
Например, при наличии двух частичных опорных фаз (например, первой частичной опорной фазы в первом угловом промежутке между примерно 130-градусным позиционным углом и 170-градусным позиционным углом и второй частичной опорной фазы в первом угловом промежутке между примерно 190-градусным позиционным углом и 230-градусным позиционным углом) из них может образовываться группа частичных опорных фаз, которая распространяется от 130-градусного позиционного угла до 230-градусного позиционного угла. Одна единственная компенсация осуществлялась бы таким образом для этого углового промежутка.
Кроме того, предлагается применение винтовой системы согласно пункту 7 формулы изобретения для выполнения способа согласно пункту 10 формулы изобретения. Соответствующее изобретению применение имеет по существу вышеуказанные преимущества, на которые делается настоящим ссылка.
Для предотвращения повторений раскрытые согласно устройству признаки должны иметь место и заявляться также как раскрытые согласно способу. Равным образом раскрытие согласно способу признаки должны иметь место и заявляться также как раскрытые согласно устройству.
В объем изобретения входят все комбинации, по меньшей мере, из двух раскрытых в описании, формуле изобретения и/или на чертеже признаков. Они также должны считаться заявленными в комбинации.
Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения проистекают из последующего описания предпочтительного примера осуществления, а также на основе чертежей.
На чертежах показано:
фиг.1 - вид в перспективе соответствующей изобретению ручной винтовой системы;
фиг.2 - схематичный вид сверху (при снятом корпусе) соответствующих изобретению плоскостных выходных средств;
фиг.3 - блок-схема компонентов соответствующей изобретению винтовой системы;
фиг.4 - протокол кривой крутящего момента открытой плоскостной выходной части;
фиг.5 - протокол кривой коэффициента полезного действия открытой плоскостной выходной части согласно фиг.4;
фиг.6 - протокол кривой крутящего момента закрытой плоскостной выходной части;
фиг.7 - протокол кривой коэффициента полезного действия закрытой плоскостной выходной части согласно фиг.6;
фиг.8 - диаграмма компенсации на частичной опорной фазе открытой плоскостной выходной части; и
фиг.9 - диаграмма компенсации группы частичных опорных фаз открытой плоскостной выходной части.
Фиг.1, изображение системы и равным образом контекста для данного изобретения, показывает на изображении в перспективе ручную винтовую систему с винтовым устройством 2 для приложения крутящего момента к неизображенному винтовому партнеру, имеющим установленные в корпусе 4 открытой плоскостной выходной (ведомой) части 32 плоскостные выходные средства 6. Плоскостные выходные средства 6 выполнены на одном конце (с выходной стороны) для взаимодействия и приведения в движение подходящего и выполненного в виде прорезного выходного зубчатого колеса 8 винтового инструмента. С приводной стороны, то есть на противоположном выходной части конце плоскостных выходных средств 6, они соединены имеющей пару зубчатых колес или при необходимости конических зубчатых колес угловой головкой 10 с приводимым в действие вручную и выполненным в виде винтового инструмента 12 средством создания приводного крутящего момента через механический интерфейс 46.
Винтовой инструмент 12 имеет приводной двигатель 26 (например, электрический или пневматический) и вводит созданный им выходной крутящий момент в винтовое устройство 2. Как винтовое устройство 2, так и винтовой инструмент 12 имеют в каждом случае механический интерфейс для выборочного непосредственного или опосредованного присоединения к в каждом случае другому из обоих партнеров винтовой системы.
При обычной реализации для ручного приведения в винтовое движение подобные винтовые устройства 2, соответственно, плоскостные выходные средства 6 предусмотрены и подходят для передачи максимального крутящего момента примерно в 250 Нм.
Винтовое устройство 2 выполнено в виде открытой плоскостной выходной части и отличается тем, что выходное зубчатое колесо 8 имеет выполненную в виде прорези выемку 62 для радиального приема винтового партнера во внутренний шестигранник. Показанное на фигурах винтовое устройство может быть также выполнено в виде закрытой плоскостной выходной части. Обе конструкции имеют идентичные и указанные вначале, понижающие коэффициент полезного действия воздействия, влияния которых в равной степени исключены для обеих конструкций посредством изобретения. Дополнительно открытая конструкция имеет еще воздействие на коэффициент полезного действия во время частичной опорной фазы, влияния которого также могут исключаться согласно изобретению.
Фиг.2 показывает теперь при снятом корпусе 4 несколько плоскостных выходных средств 6, соответственно, зубчатых колес винтового устройства 2 на виде сверху, а также с выходной стороны выходное зубчатое колесо 8. Выданный приводным двигателем 26 выходной крутящий момент вводится в первое промежуточное зубчатое колесо 14, второе промежуточное зубчатое колесо 16, а также первое опорное зубчатое колесо 18 и второе опорное зубчатое колесо 20. Оба опорных зубчатых колеса 18 и 20 передают крутящий момент благодаря своему соответствующему зацеплению на выходное зубчатое колесо 8.
Зубчатые колеса 8, 14, 16, 18 и 20 имеют параллельные друг к другу оси и расположены линейно вдоль продольной протяженности корпуса 4 с возможностью вращения в нем. Стрелкой обозначено направление 48 вращения затяжки выходного зубчатого колеса 8.
Выходное зубчатое колесо 8 проходит во время полного оборота в 360° две полные опорные фазы и две частичные опорные фазы. Во время полной опорной фазы выходное зубчатое колесо 8 находится в зацеплении с обоими опорными зубчатыми колесами 18 и 20. Во время частичных опорных фаз выходное зубчатое колесо 8 находится в зацеплении лишь с одним из обоих опорных зубчатых колес 18, 20. Выражаясь в угловых положениях, причем 0° указывает в продольном направлении корпуса 4 к положению приставления и может обозначаться как нулевое положение, в котором выходное зубчатое колесо 8 может приставляться к винтовому партнеру, это означает, что первая полная опорная фаза начинается при угловом положении в 230°, проходит через угловое положение в 0° и распространяется до углового положения в 130°. Первая частичная опорная фаза начинается при угловом положении в 130° и распространяется до углового положения в 170°. За ней следует узкая вторая полная опорная фаза между угловыми положениями в 170° и 190°. В завершение выходное зубчатое колесо 8 проходит вторую частичную опорную фазу между угловыми положениями в 190° и 230°. Таким образом, полные опорные фазы и частичные опорные фазы чередуются.
Во время каждой из обеих частичных опорных фаз возникает тугость хода, которая приводит к пониженному коэффициенту полезного действия, как показано на фиг.5. Тугость хода может также возникать во время узкой полной опорной фазы.
На фиг.3 дан теперь обзор различных средств и элементов винтовой системы согласно изобретению и примыкающих систем.
Винтовой инструмент 12 включает в себя пусковую кнопку 22 для управления винтовым инструментом 12 пользователем. При помощи пусковой кнопки 22 активируется энергоснабжение, а также блок 24 регулировки. Во время эксплуатации винтовой системы с регулированием по частоте вращения задается частота вращения, и блок 24 регулировки подстраивает за счет выданных на приводной двигатель 26 сигналов, в частности, выданный приводным двигателем 26 крутящий момент. Для этого приводной двигатель 26 может включать в себя, например, непоказанную планетарную зубчатую передачу. Приводной двигатель 26 может передавать в свою очередь свое положение и/или свой угол поворота при помощи сигналов на блок 24 регулировки. Приводной двигатель 26 выдает фактический выходной крутящий момент, который регистрируется в качестве значения датчиком 28 крутящего момента, который служит в качестве средства регистрации кутящего момента.
С этого момента начинается в некотором роде регулировочная петля для управления приводного двигателя винтовой системы. А именно датчик 28 крутящего момента передает зарегистрированный и выданный приводным двигателем 26 фактический выходной крутящий момент, соответственно, его значение на блок 30 компенсации. В блоке 30 компенсации хранится специфическая для выходного зубчатого колеса кривая крутящего момента или специфическая для выходного зубчатого колеса кривая коэффициента полезного действия. Блок 30 регулировки выполнен, в частности, для пересчета значения фактического выходного крутящего момента с помощью специфической для выходного зубчатого колеса кривой крутящего момента, для того чтобы генерировать значение скомпенсированного выходного крутящего момента. Другим словами вызванная выходным зубчатым колесом тугость хода, которая проявляется в значении фактически выданного выходного крутящего момента в виде пика, удаляется или компенсируется. Значение скомпенсированного выходного крутящего момента передается затем блоком 30 компенсации на блок 24 регулировки. Блок 24 регулировки выполнен для сравнения значения скомпенсированного выходного крутящего момента с крутящим моментом отключения, при достижении которого значением скомпенсированного выходного крутящего момента приводной двигатель 26 отключается.
Благодаря изобретению может теперь обнаруживаться и обеспечено, что с отключением приводного двигателя 26 при достижении крутящего момента отключения винтовое соединение было также выполнено до успешного конца, то есть до прочного или заданного винтового соединения. Преждевременное отключение, вызванное тугостью хода винтового устройства 2, и вызванное вследствие этого повышение крутящего момента при необходимости выше крутящего момента отключения теперь исключено.
Блок 24 регулировки обрабатывает в остальном значение скомпенсированного выходного крутящего момента таким же известным образом, как и значение фактического выходного крутящего момента в известном регулирующем контуре регулирования двигателя.
Выданный приводным двигателем 26 крутящий момент выдается через механический интерфейс на винтовое устройство 2. Винтовое устройство 2 включает в себя в показанном на фиг.3 варианте осуществления угловую головку 10 и включающую в себя плоскостные выходные средства 6 плоскостную выходную часть 32, которая включает в себя также выходное зубчатое колесо 8. Крутящий момент передается в заключение выходным зубчатым колесом 8 на винтового партнера 50 для установления прочного винтового соединения.
Средство создания приводного крутящего момента, соответственно, винтовое устройство 2 может включать в себя средство 34 идентификации винтового устройства, которое может беспроводным или проводным путем передавать идентификационные данные, например, о конструкции, плоскостных выходных средствах 6, плоскостной выходной части 32 и/или передаточном отношении на винтовой инструмент 12. Для этого может использоваться интерфейс 36 данных, для того чтобы передавать, например, компенсационные данные. Также винтовое устройство 2 может включать в себя интерфейс 36 данных, для того чтобы принимать, например, компенсационные данные от винтового устройства 2 и/или принимать данные от внешнего источника данных или посылать их на него. Винтовое устройство 2 может включать в себя, например, средство 40 определения угла для определения позиционного угла выходного зубчатого колеса 8. Это измеренное значение позиционного угла может передаваться, например, при помощи одного или обоих из интерфейсов 36 и 38 данных. Это обозначено идеализированным каналом 64 данных, который передает измеренное значение позиционного угла от угловой головки 10 и/или средства 40 определения угла для дальнейшей обработки на блок 24 регулировки.
Иллюстративный пример замера показан в пределах границы 42 системы. Для этого винтовое устройство 2 соединяется в комбинацию с винтовым инструментом 12, соответственно, средством создания приводного крутящего момента, и регистрируется, по меньшей мере, один полный оборот выходного зубчатого колеса 8, как показывает блок 52. При этом внимание уделяется переданному крутящему моменту и коэффициенту полезного действия. Предпочтительно могут, например, записываться более 50 полных оборотов, соответственно, циклов завинчивания, как показывает блок 54. Получающийся из этого измерительный сигнал крутящего момента показан на фиг.6. Этот измерительный сигнал обрабатывается далее и при необходимости оцифровывается не описанным далее образом в блоке 56. После этого он передается через интерфейс 58 для передачи данных, например, на блок 30 компенсации и там сохраняется. Однако, этот измерительный сигнал может также сохраняться в подходящем блоке памяти винтового устройства 2.
Фиг.4 показывает зарегистрированную в пределах границы 42 системы измерительную кривую открытой плоскостной выходной части с входящим в зацепление с двумя опорными зубчатыми колесами 18 и 20 выходным зубчатым колесом 8. Совместное рассмотрение фиг.4 и 5 показывает лежащее в основе изобретения знание. А именно, было обнаружено, что тугость хода винтового устройства 2 возникает циклично. Эту тугость хода приводной двигатель 26 пытается, например, при регулировании по частоте вращения выравнивать посредством повышения выданного выходного крутящего момента, что показывают пики на фиг.4. В результате получается показанная на фиг.5 кривая коэффициента полезного действия, которая значительно падает каждые 360°. Падение коэффициента полезного действия и тугость хода совпадают по времени, так что можно сделать вывод, что изменение значения должно приводить к тому, что приводной двигатель 26 не должен реагировать повышенным выданным выходным крутящим моментом на тугость хода, что, в конечном счете, приводит к повышенному коэффициенту полезного действия.
Фиг.6 показывает зарегистрированную в пределах границы 42 системы измерительную кривую закрытой плоскостной выходной части с входящим в зацепление лишь с одним опорным зубчатым колесом выходным зубчатым колесом. Фиг.7 показывает непосредственно следующую из этого кривую коэффициента полезного действия. По сравнению с показанными на фиг.5 измерительными кривыми открытой плоскостной выходной части эта измерительная кривая показывает более устойчивый ход. Усреднение кривой коэффициента полезного действия показывает синусоидальная волна 60 с цикличным характером. В этом случае волна повторяется каждые 360° с каждым оборотом выходного зубчатого колеса.
Примеры компенсации, соответственно, две возможности регулирования приводного двигателя показаны на фиг.8 и 9. Несмотря на то, что последующее описание относится только к открытой плоскостной выходной части, указанные принципы могут также использоваться при закрытой плоскостной выходной части.
На фиг.8 схематично упрощенным образом крутящий момент нанесен в Ньютон-метрах в зависимости от угла поворота в градусах. Значение крутящего момента отключения показано крупной штриховой линией. Значение фактически выданного выходного крутящего момента показано средней штриховой линией. Значение специфической для выходного зубчатого колеса кривой крутящего момента в качестве компенсационного массива данных показано тонкой штриховой линией. Значение скомпенсированного выходного крутящего момента показано сплошной линией.
Можно увидеть, что между угловым положением в 130° и 170° выходного зубчатого колеса 8 приводной двигатель 26 пытается выравнивать тугость хода вследствие того, что он выдает повышенный выходной крутящий момент - показанный на фиг.6 пик крутящего момента. Блок 30 компенсации пересчитывает, по меньшей мере, для этой частичной опорной фазы между 130° и 170° значение фактически выданного выходного крутящего момента с помощью значения специфического для выходного зубчатого колеса крутящего момента. А именно блок 30 компенсации обнаруживает при сравнении со значением специфического для выходного зубчатого колеса крутящего момента, что в этом угловом промежутке (130°-170°) возникает циклический пик крутящего момента - однозначное указание на вызванный выходным зубчатым колесом пик крутящего момента. Результатом этого пересчета является схематично изображенное значение скомпенсированного выходного крутящего момента. Этот выходной крутящий момент возрастает независимо от соответствующей изобретению компенсации и достигает в точке 44 крутящего момента отключения. В этом месте 44 блок 24 регулировки вызывает отключение приводного двигателя 26. Предполагается, что к этому моменту времени выполнено прочное винтовое соединение.
Фиг.9 в значительной степени похожа на фиг.8, из-за чего в дальнейшем будут рассматриваться только различия.
Можно увидеть, что выходное зубчатое колесо 8 имеет как первую частичную опорную фазу между углом поворота в 130° и 170°, так и вторую частичную опорную фазу между углом поворота в 190° и 230°. Между обеими частичными опорными фазами находится полная опорная фаза на угловом промежутке от 170° до 190°. По бокам от обеих частичных опорных фаз располагается дальнейшая полная опорная фаза, которая распространяется от угла поворота в 230° через нулевое положение в 0° до угла поворота в 130°. Компенсация обоих пиков крутящего момента на частичных опорных фазах может теперь осуществляться либо для каждой частичной опорной фазы отдельно. Либо же также возможно обе частичные опорные фазы объединять в пределах полного оборота выходного зубчатого колеса 8 в группу частичных опорных фаз. Теперь может осуществляться одна единственная компенсация вышеописанным образом для группы частичных опорных фаз в целом.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
2 винтовое устройство
4 корпус
6 плоскостные выходные средства
8 выходное зубчатое колесо
10 угловая головка
12 винтовой инструмент
14 первое промежуточное колеса
16 второе промежуточное колесо
18 первое опорное колесо
20 второе опорное колесо
22 пусковая кнопка
24 блок регулировки
26 приводной двигатель
28 датчик крутящего момента
30 блок компенсации
32 плоскостная выходная часть
34 средство идентификации винтового устройства
36 интерфейс данных
38 интерфейс данных
40 средство определения угла
42 граница системы
44 точка пересечения
46 механический интерфейс
48 направление вращения затяжки
50 винтовой партнер
52 блок
54 блок
56 блок
58 интерфейс
60 синусоидальная волна
62 выемка
64 канал данных.