CN103372626A - 操作拉铆设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作拉铆设备(1)的方法，其包括：直流电机(2)，该直流电机具有包括若干滑动触头的换向器；用于拉铆的拉铆装置(5)，通过直流电机(2)驱动该拉铆装置，其中利用脉冲宽度调制控制直流电机(2)的输入功率，其中利用脉冲宽度调制如此控制用来使拉铆装置(5)加速和/或者用来使拉铆装置(5)减速的输入功率，使得输入功率在启动阶段(A、B)连续增大，从而建立最大加速功率或制动功率。

Description

操作拉铆设备的方法

技术领域

本发明涉及一种操作拉铆设备

的方法。

背景技术

DE 198 18 755 A1公开了一种相应的拉铆设备。它包括驱动电机和由驱动电机驱动的拉铆装置，采用可重新充电的蓄电池给驱动电机供电。利用拉铆装置尤其可以对盲铆钉施加作用力，从而完成拉铆过程。通过功率MOSFET来控制电机。通过这种晶体管可以在电机启动阶段限制电机电流。如果在某种应用情况下需要较小的电机功率，则可以利用脉冲宽度调制通过电机控制系统来减小电机的输入功率。

如果在此类拉铆设备中使用直流电机，则存在下述危险，即由于出现碳刷火花使得集电极和直流电机的碳刷迅速磨损、从而影响拉铆设备功能。如果在启动阶段直接以全额电压并因此以100％或者近似100％的输入功率来控制电机，则尤其会出现这种危险。另一方面如果按照DE 198 18755 A1中所述的那样在启动阶段通过晶体管限制电机电流，就会使得正好在启动阶段没有全额功率来加速直流电机以及连接在该电机上的铆接工具或者飞轮之类的部件。但是从开始起就直接提供很大的驱动功率是很重要的，因为整个拉铆过程非常短暂，基本上瞬间需要全额功率。

虽然可以使用具有较大尺寸的、用于较大电流的电机，另一方面也可以使用无刷电机。但是这两种替代方案的成本很高。

发明内容

因此本发明的任务在于，通过成本尽可能低廉的措施来减小碳刷火花引起的直流电机磨损。

采用权利要求1所述的方法以及权利要求5所述的拉铆设备，可解决本发明的任务。优选实施方式由从属权利要求中得出。

本发明的核心在于，利用脉冲宽度调制使得启动过程中的输入功率连续增大，尤其是呈斜坡状增大。所谓启动阶段主要指的是加速过程的开始时刻以及制动过程的开始时刻。

已表明，通过连续提高供应给电机的功率，就能大大减少碳刷火花。但同时还可保证在启动阶段使直流电机迅速达到所需的功率水平。尤其使得输入功率在启动阶段呈斜坡状，并且优选呈线性从0％上升到100％的最大加速功率或制动功率。优选使用30kHz以上的频率作为脉冲宽度调制的基频。该基频是可以通过脉冲宽度调制实现的最小接通或关闭时间的倒数。在这些频率下不会发生可能会引起功率损耗的额外电机发热。此外，直流电机在这种基频下的性能表现就如同使用稳定施加(即非脉冲的)电压进行控制。

在功率连续升高过程中的有益效果不仅涉及用来建立最大加速功率的启动阶段，而且也涉及用来建立最大制动功率的启动阶段。为了建立加速功率，可以通过脉冲宽度调制来提高在启动阶段中持续升高的平均电源电压。在用来建立制动功率的启动阶段中，同样可以重新连续地降低该电源电压。通过功率MosFet晶体管来降低电机功率，并且似乎将一个不断减小的制动电阻与电机并联。例如通过变换电源电压极性，也可备选地施加主动制动能量，从而在直流电机中生成方向相反的电流。然后呈斜坡状建立变换极性的平均电源电压，类似于用来建立最大加速功率的启动阶段。

已表明，与呈阶梯状将加速功率或制动功率直接从0％提高到100％的阶梯状启动阶段相反，仅会产生可以忽略不计的加速或制动时间延长，但是几乎完全或者至少充分消除了直流电机中的碳刷火花。

启动阶段的持续时间优选小于50ms。尤其应根据PWM基频，力争实现小于200ns以及优选不大于100ns的最小开关时间。所谓最小开关时间指的是尽可能最短的接通以及关闭持续时间。

附图说明

以下将根据附图对本发明进行详细解释。附图如下：

附图1是可通过本发明所述方法启动的拉铆设备的剖视图；

附图2是用于控制拉铆设备的直流电机的四象限调节器的视图；

附图3是直流电机的电源电压以及所产生的加速斜坡或制动斜坡的变化示意图。

具体实施方式

附图1所示为本发明所述的拉铆设备1的剖视图。拉铆设备1具有电机2、变速器3、曲柄连杆机构4和拉铆装置5。电机2、变速器3、曲柄连杆机构4和拉铆装置5均布置在拉铆设备1的外壳6之中。

电机2是直流电机，它在朝向曲柄连杆机构4的一侧具有传动小齿轮7。电机2通过螺纹连接器8固定在外壳6上。以不可转动的方式将传动小齿轮7固定在电机2的电机轴9上，该电机轴在电机朝向曲柄连杆机构4的一侧上从电机2中向外伸出。在电机2背向曲柄连杆机构的一侧上以不可转动的方式将飞轮10安装在电机轴9上。

变送器3包括传动轴11，该传动轴在两个支承点12和13中可旋转地支承在外壳6中。支承点12和13各自具有球轴承。将与传动小齿轮7以及涡轮15啮合的齿轮14以不可转动的方式布置在传动轴11上。涡轮15与曲柄连杆机构4的齿轮16啮合。曲柄连杆机构4由齿轮16构成，该齿轮可旋转地支承在轴17上，该轴又支承在外壳6之中。如附图1所示，齿轮16具有偏心轮18，连杆19以能够旋转的方式支承在该偏心轮上。在偏心轮18和连杆19中的开口20之间有球轴承21。连杆19具有与拉铆装置5铰接相连的轴颈22。如果轴17、偏心轮18和轴颈22的旋转轴线在一条直线上，则曲柄连杆机构就处在其死点中的一个中。如果将偏心轮18布置在轴17和轴颈22之间，则曲柄连杆机构就在其前死点之中；如果将轴17布置在偏心轮18和轴颈22之间，则曲柄连杆机构就处在其后死点之中。

在拉铆设备1的前端有开口23，可以按照已知的方式将具有铆钉销25的盲铆钉24插入该开口之中。由于此类拉铆装置的工作原理早已为人所知，因此仅以示意图表示。原则上使得拉铆装置的牵引构件26朝向曲柄连杆机构直线运动，即可执行拉铆过程。通常将该牵引运动称作拉铆行程。拉铆装置经过适当设计，可在曲柄连杆机构从其后死点朝向前死点运动时执行空行程，并且只有当曲柄连杆机构从其前死点朝向后死点运动时才会执行拉铆行程。

除此之外，拉铆设备1还配有安装于外壳6上且可以拆下的蓄电池壳27，将可以重新充电的蓄电池布置在该蓄电池壳之中。蓄电池壳27具有栓状的凸起部28，将该凸起部容纳在外壳的容纳孔29之中，如附图1中所示。

外壳6的内部具有开关30，可以通过操纵装置31来操纵该开关。所述操纵装置31是常见的扳机，按压该扳机即可操纵开关30。

外壳6在操纵装置31的范围内并且在电机2和蓄电池壳27之间形成把手32。操作者可以通过把手32握住拉铆设备1，其中操作者的手指可以操作操纵装置31。

从蓄电池壳27伸出的触头33与接触片34相连。这些接触片34又通过未示出的电缆与开关30及电机2相连，并且与同样没有示出的电路相连。

以下将详细解释本发明的效果和工作原理：操作者首先按照已知的方式将蓄电池壳27与布置在其中已充足电的可重复充电的蓄电也安装在拉铆设备1上。为此蓄电池壳27借助其凸起部28插入到拉铆设备1的容纳孔29之中，使得触头33与接触片34咬合，并且可以给电路45供电。然后操作者通过把手32将拉铆设备1拿在手中，手指这时可以按照已知的方式操作操纵装置31。接着按照已知的方式使盲铆钉24借助其铆钉销25插入到拉铆装置5之中。

当操作者将操纵装置31按入外壳6之中时，就会操动开关30。这样即可通过还将在附图2中解释的电路给电机2供电。已通电的电机2现在经由齿轮14将其扭矩传递给传递轴11，同时也传递给涡轮15。涡轮啮合在齿轮16之中，并且使得偏心轮18转动。在拉铆设备1的初始位置中，轴17、偏心轮18和轴颈22的旋转轴线在一条线上，曲柄连杆机构这时处在其后死点之中。

通过给电机2施加电流使其启动，从而使得曲柄连杆机构从其后死点朝向前死点运动。由于拉铆装置可在曲柄连杆机构的初始运动过程中执行空行程，因此驱动电机可在拉铆装置没有对其旋加拉力的情况下启动。如果曲柄连杆机构已经到达其前死点，则驱动电机开始通过曲柄连杆机构4对拉铆装置5的牵引构件26施加拉力。现在通过该拉力按照已知的方式执行拉铆过程。当曲柄连杆机构重新位于其后死点中(也就是位于其初始位置)时，则拉铆过程结束。

附图1所示为曲柄连杆机构处在其前死点之中、也就是拉铆行程开始时的拉铆装置。

尤其当拉铆行程开始时，可通过与驱动电机相连的飞轮施加特别大的扭矩或者特别大的拉力。当拉铆行程开始时，所出现的力最大。由于从后死点到前死点的路径上为空行程，因此可以使飞轮相应地达到转速。尽管电机在启动阶段开始时没有受到拉铆工具的作用，但是飞轮在启动阶段开始时就直接作为负载紧贴在电机上。

这意味着，尽管在驱动电机开始工作时没有将拉力传递给拉铆装置，而是在开始时将全部驱动功率传递给飞轮。但是为了尽快将飞轮加速，应在驱动电机开始工作时直接由驱动电机提供尽可能大的功率。

现在为了防止出现碳刷火花或者将其减少到可以接受的水平，同时启动驱动电机尽快达到全额驱动功率，可在大约50ms的启动阶段执行如附图3所示的功率斜坡。在没有按比例绘制的曲线图左侧部分A中可看出加速斜坡。利用脉冲宽度调制对驱动电机旋加电压，在启动阶段连续提高接通时间(U＝U_max)，并且相应地连续减小关闭时间(U＝0)。右侧部分B所示为制动斜坡，这期间将电源功率从100％连续减小到0％。通过制动电阻与电机的并联实现制动。

优选通过合并在四象限电路中的多个晶体管来控制电机。附图2所示即为这样一种已知的电路。该电路包括具有四个晶体管41的H形电桥。利用该电路可以随时间变化将电源电压U_B施加给电机2，必要时也可以转换极性。对晶体管的控制线路42施加控制电流，可使得相应的晶体管导通。这些控制线路均连接到没有绘出的控制单元上。

即使在具有其它类型变速器的拉铆设备中，也会出现相同的效应。作为所述变速器的替代方案，尤其也可以通过螺杆传动机构(尤其可通过滚珠丝杠)将电机的旋转运动转变成拉铆装置的横向运动。如果使用螺杆传动机构，那么在拉铆操作开始时就会立即通过拉铆装置对电机施加负荷。就此而言，这里所述的方法同样适用于具有此类变速器的拉铆设备。

Claims (6)

1.一种操作拉铆设备(1)的方法，所述拉铆设备(1)包括：

直流电机(2)，该直流电机具有包括若干滑动触头的换向器，以及

用于拉铆的拉铆装置(5)，通过直流电机(2)驱动该拉铆装置，

其中利用脉冲宽度调制控制直流电机(2)的输入功率，

其特征在于，

利用脉冲宽度调制如此控制用来使拉铆装置(5)加速和/或用来使拉铆装置(5)减速的输入功率，使得输入功率在启动阶段(A、B)连续增大，从而建立最大加速功率或制动功率。

2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，输入功率在启动阶段呈斜坡状，并且尤其呈线性从0％上升到100％的最大加速功率或制动功率。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将大于20kHz尤其不小于30kHz的基频用于脉冲宽度调制。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，启动阶段的持续时间小于50ms。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，最小开关时间小于200ns，优选不大于100ns。

6.一种拉铆设备(1)，包括

拉铆装置(5)，

直流电机(2)，该直流电机具有包括若干滑动触头的换向器，

其中所述直流电机(2)驱动拉铆装置(5)和/或者将其制动，

其特征在于，

通过上述权利要求中任一项所述的方法来控制拉铆设备(1)。

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