JP2019507259A - 緊解機 - Google Patents

Abstract

本発明は、軌道（４）上を転動可能な機械フレーム（５）と、移動のためのハンドグリップ（８）と、ねじ頭（１１）にトルク（１６）を加えるためのモータ（７）と、トルクを制限するための装置とを備える、レール締結ねじ（９）を締め付けまたは緩める緊解機（１）に関する。機械フレーム（５）に対するモータ（７）の反力トルク（２１）を検出するための測定装置（１７）が配置されており、モータ（７）が、トルク（１６）を制限するために、反力トルク（２１）に依存して制御される。モータ（７）によって機械フレーム（５）に作用し、単純な測定装置（１７）によって高い精度で測定可能である反力トルク（２１）が参照量として使用される。これにより、一方では単純かつ頑丈な構造が実現され、他方では正確な回転数制限が実現される。

Description

本発明は、軌道上を転動可能な機械フレームと、移動のためのハンドグリップと、ねじ頭にトルクを加えるためのモータと、トルクを制限するための装置とを備えた、レール締結ねじを締め付けまたは緩めるための緊解機に関する。さらに本発明は、緊解機を作動する方法に関する。

独国特許出願公開第１０２０１００２３７９８号明細書からは、制限されたトルクを付与するためにサーボドライバを有している緊解機が知られている。データメモリを装備されたプロセッサが、回転角度測定器ならびにトルク発生器に接続されており、これにより、ねじ結合部を締め付けるべき目標トルクを予め設定することができる。

このような形式のサーボドライバでは、トルク測定シャフトがドライバのスピンドル内に直接に統合されている。このことは、手間のかかる支承部を必要とし、スピンドルを延長させる。このため、緊解機の構造的な構成は手間のかかるものとなってしまう。さらに、サーボドライバは機械的な損傷に対して敏感である。

国際公開第２００６／０５８５５２号は、機械式の緊解機を開示している。この緊解機では、電磁的に切換可能な摩擦結合部により、トルク制限が調節可能である。この場合、機械的な構成要素の摩耗および慣性に基づいて、許容することのできない不正確さが生じてしまう。

代替的な駆動システムを備えた緊解機が、独国特許出願公開第４４１４８８６号明細書から知られている。機械式の駆動装置に加えて、液圧式の駆動装置が設けられており、これによって、予備締結されたねじ結合部を予め規定されたトルクで締め付けることができる。その際に、液圧が、締付けモーメントのための参照値として使用される。この場合、存在する温度依存性および粘度依存性によって不正確さが生じてしまう。

本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式の緊解機を、先行技術に対して改善することにある。特に、簡単な構成および高い精度が目指される。さらに、対応する方法も提示することが望ましい。

本発明によれば、この課題は、独立請求項１に記載の緊解機と、独立請求項１２に記載の方法とによって解決される。従属請求項には、本発明の有利な形態が記載されている。

具体的には、機械フレームに対するモータの反力トルクを検出する測定装置が配置され、モータは、トルクを制限するために反力トルクに依存して制御される。参照量として、反力トルクが使用される。この反力トルクはモータによって機械フレームに作用し、簡単な測定装置によって高い精度で測定可能である。したがって、一方では単純かつ頑丈な構造が実現され、かつ他方では正確な回転数制限が実現される。

本発明の有利な形態では、測定装置が、モータに作用する力を測定するための力変換器を備えている。ここでは、反力トルクが直接に測定されるのではなく、機械フレームがモータに及ぼす力が測定される。この力は、機械フレームに対するモータの運動を阻止する。力と反力トルクとの間には比例関係が成立し、この比例関係は存在するモータ懸架部の幾何学形状を介して確実に測定される。

有利には、モータは液圧モータまたは電動モータである。これにより、小さな構造サイズで高いトルクが使用可能である。さらに、液圧モータは、その頑丈で省メンテナンスな構造形式に基づいて、軌道工事現場での過酷な条件に極めて良好に適合する。さらに、電動モータは簡単に制御することができ、電気機械またはハイブリッド機械としてのアキュムレータによる緊解機の作動を可能にする。この利点は、本発明に対応して、極めて正確なトルク制限と組み合わせられる。

緊解機の簡単で有利な構造は、反力トルクに比例する測定値を供給される制御装置が設けられており、制御装置が測定値に依存してモータを制御するために調整される点で優れている。

さらに、ねじ頭が、モータの駆動シャフトに相対回動不能に接続されていると有利である。これらの両構成要素の間には、クラッチまたは伝動装置のような伝達装置は設けられておらず、これにより、モータとねじ頭との間で損失のない直接的なトルク伝達が確保される。緩衝性かつ弾性の伝達装置の欠如は、ねじ頭によってねじに加えることができるトルクを、モータの反力トルクに基づいて高い精度で導出可能であることにつながる。

有利な形態では、モータが機械フレームにおいて、予め規定された軸線を中心として回動可能に支承されている。予め規定された軸線によって、結果として生じる反力トルクを簡単に求めることができる。

モータが、モータのシャフト軸線を中心として回動可能に支承されていると有利である。この形式によって、モータとねじ頭とは、同じ軸線を中心として回動可能であるように配置されている。モータは、回動に抗して支持されている。支持トルクまたは支持力が、反力トルクを検出するために測定される。梃子作用は考慮する必要はなく、求められた反力トルクは、ねじ頭によって作用させることのできるトルクに逆の正負符号で正確に一致する。

有利には、モータは転がり軸受により機械フレームに支承されている。これにより、制限したいトルクを求める際に考慮しなければならない摩擦損失が排除される。

構造的に簡単な構成は、モータが機械フレームに対してトルクステーにより支持されており、測定装置が、トルクステーにより加えられる支持力を検出するために構成されることを規定している。トルクステー内では、機械フレームに対するモータの回動運動をブロックする全支持力が作用する。この形式では、反力トルクを検出するために、１つのセンサで十分である。

緊解機のコンパクトな構造形式にとって、測定装置がトルクステー内に統合されていると有利である。さらに、両端部が枢着式に支承されているロッド状のトルクステー内で、純粋な引張力または押圧力が作用し、この引張力または押圧力も、単純な力変換器によって極めて正確に測定可能である。

代替的な形態では、モータが、機械フレームの収容装置に取り付けられており、測定装置が特に収容装置内に統合されていることを規定している。モータが可動に取り付けられている場合、モータは少なくとも取付け箇所において支持されている。この場合、測定装置は、取付け箇所に作用する力を測定する。モータの位置不変な取付けが規定されており、測定装置によって１つの取付け箇所または複数の取付け箇所において力測定を実施することも有利であり、これによりモータの反力トルクを検出することができる。

本発明に係る方法では、ねじ頭にモータによってトルクを加え、測定装置により、機械フレームに対するモータの反力トルクを検出し、トルクを制限するために、モータを、反力トルクに依存して制御する。ねじ頭に作用するトルクは、この形式では簡単に調節可能であり、検出された反力トルクは、実際に発生するトルクのための特性値として使用される。

力変換器によって反力トルクを検出するために、モータに作用する力の測定値を測定し、測定値を制御装置に供給し、制御装置が測定値に依存してモータを制御すると有利である。反力トルクを求めるために唯一の測定値が使用される。この形式によって、制御装置は極めて単純な構成要素で実施可能であり、手間のかかる計算作業を要しない。

方法の簡単な変化形では、制御装置に、調節可能な限界値を設定し、測定値が限界値に達するや否や、モータを非作動にする。制御装置にトルク値が設定されるのではなく、たとえば測定装置により測定される力の最大値が設定され、その際、力とトルクとの間には公知の比が成立する。

さらに、制御装置が、液圧式の圧力制限弁に制限値を設定し、液圧モータが制限値に達するまで運動し、液圧モータの停止時に検出された反力トルクを目標モーメントと比較し、この比較に依存して制御装置が適合された制限値を設定すると、有利である。この場合、液圧モータは、反復式に反力トルクに依存して制御される。レール締結ねじの締付け過程中に実際に作用するトルクが反力トルクを用いて求められる。温度変化または粘度変化に基づいて目標値から逸脱した場合、制御装置により次の締付け過程のための制限値が対応して適合される。この形式によって、液圧モータの停止時にさもなければ１つの制御回路で妨害となる反応遅延を無視することができる。

本発明を以下に例示的に添付の図面に関連して説明する。

軌道上の緊解機の概略図である。 緊解機の詳細Ａを概略的に示す斜視図である。 緊解機の詳細Ａを概略的に示す上から見た平面図である。

図１に示す緊解機１は、ローラ２により軌道４のレール３上を走行可能な機械フレーム５を有している。この機械フレーム５には、モータ７に供給するための液圧を形成する液圧ユニット６が取り付けられている。さらに、機械フレーム５には、緊解機１を移動するためのハンドグリップ８が結合されている。レール締結ねじ９を締め付けかつ緩めるために、駆動シャフト１０によって回転させることができるねじ頭１１が設けられている。

液圧ユニット６は、内燃機関１２と液圧ポンプ１３とを備え、かつカバー１４によってオペレータに対して遮蔽されており、これにより騒音負荷を制限することができる。図示しない液圧管路を介して、液圧モータとして形成されたモータ７が液圧ユニット６に接続されている。

ハンドグリップ８の領域には、制御装置１５が配置されている。この制御装置１５は、付与すべきトルク１６を調節するための操作エレメントと表示器とを有している。制御装置１５は、ケーブル（図示せず）を介してモータ７またはモータ７の制御弁に接続されている。さらに、液圧ユニット１２への接続管路と、測定装置１７への接続管路が設けられている。測定装置１７は、本実施例ではトルクステー１８内に統合されている。

図２および図３に基づき、測定装置１７の機能形式を詳しく説明する。モータ７は、転がり軸受１９により機械フレーム５に対してシャフト軸線２０を中心として回動可能に支承されている。ねじ頭１１がモータ７によってトルク１６を加えられると、機械フレーム５に反力トルク２１が作用する。これは具体的には、モータ７とねじ頭１１との間の伝達経路の両端において発生するそれぞれの捩りモーメントである。

たとえば力変換器を含む測定装置１７によって反力トルク２１が検出される。力変換器は、ロッド状に形成されたトルクステー１８の構成要素として形成されている。トルクステー１８によるモータ７の支持に基づいて、トルクステー１８内では支持力２２が長手方向で作用する。この支持力２２とてこ腕距離２３とを乗算すると、反力トルク２１になる。この関係を介して、トルク２１を簡単かつ正確な形式で制限する。

具体的には、液圧モータとして形成されたモータ７の制御は、制御装置１５が液圧式の圧力制限弁に制限値を設定する形式で行われる。これにより、液圧は、液圧モータの仕様に応じて加えるべきトルク１６が生じる値に制限される。締付け過程の間に最大圧力に達して、液圧モータが停止するや否や、その際に検出された反力トルク２１が、制限値を適合させるために使用される。たとえば、検出された反力トルク２１から導出されたトルク１６が低すぎる場合、圧力制限弁には、次の締付け過程のためにより高い制限値が設定される。

本発明には、さらに異なる別の実施形態も含まれる。たとえば、液圧モータの代わりに、相応する給電部を備えた電動モータが設けられていてもよい。したがって、液圧ユニット６の代わりに、発電機セットが機械フレーム５に配置される。電動モータの良好な制御性は、簡略化されたモータ制御を可能にし、その際に測定装置１７により測定された測定値が制御装置１５に供給され、常に限界値と比較される。限界値は、レール締結ねじ９を締め付けるべき、予め規定されたトルク１６に一致する。

限界値は、無段階に、または予め規定されたスケーリングで設定可能であり、これにより緊解機１を所与の必要条件に適合させることができる。さらに、測定値を常に、予め規定された限界値よりも低い閾値と比較することも有意である。この閾値への到達時に制御装置１５がモータ７の回転数を減少させ、これにより、最大のトルク１６が加えられている場合に動的作用を次第に小さくすることができる。

図示していない特徴では、モータ７は、位置固定的に、または可動に収容装置に結合されており、この場合、測定装置１７は、収容装置に統合されている。収容装置が機械フレーム５に対して可動に支持されており、かつ収容装置に作用する支持力または支持モーメントが測定されることも規定されていてもよい。これにより、収容装置の公知の幾何学形状を介して、モータ７の反力トルク２１を簡単に求めることができる。

機械フレーム５に対するモータ７の支持は、様々な形式で実現可能である。このとき本発明にとって重要であるのは、測定装置１７によって１つの測定値が測定されるか、または複数の測定値が測定されて、その測定値に基づいて、支持アセンブリの幾何学形状を介してモータ７の反力トルク２１を求めることができることである。

Claims (15)

1. 軌道（４）上を転動可能な機械フレーム（５）と、移動のためのハンドグリップ（８）と、ねじ頭（１１）にトルク（１６）を加えるためのモータ（７）と、トルクを制限するための装置とを備える、レール締結ねじ（９）を締め付けまたは緩める緊解機であって、
   前記機械フレーム（５）に対する前記モータ（７）の反力トルク（２１）を検出するための測定装置（１７）が配置されており、前記モータ（７）が、前記トルク（１６）を制限するために、前記反力トルク（２１）に依存して制御されていることを特徴とする、緊解機（１）。
2. 前記測定装置（１５）は、前記モータ（７）に作用する力を測定するための力変換器を含む、請求項１記載の緊解機（１）。
3. 前記モータ（７）は、液圧モータまたは電動モータである、請求項１または２記載の緊解機（１）。
4. 前記反力トルク（２１）に対して比例する測定値が供給されている制御装置（１５）が設けられており、該制御装置（１５）は、前記測定値に依存して前記モータ（７）を制御するために調整されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の緊解機（１）。
5. 前記ねじ頭（１１）は、前記モータ（７）の駆動シャフト（１０）に相対回動不能に接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の緊解機（１）。
6. 前記モータ（７）は、前記機械フレーム（５）において、予め規定された軸線を中心として回動可能に支承されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の緊解機（１）。
7. 前記モータ（７）は、前記モータ（７）のシャフト軸線（２０）を中心として回動可能に支承されている、請求項６記載の緊解機（１）。
8. 前記モータ（７）は、転がり軸受（１９）によって前記機械フレーム（５）に支承されている、請求項６または７記載の緊解機（１）。
9. 前記モータ（７）は、前記機械フレーム（５）に対してトルクステー（１８）により支持されており、前記測定装置（１７）は、前記トルクステー（１８）により加えられた支持力（２２）を検出するために構成されている、請求項６から８までのいずれか１項記載の緊解機（１）。
10. 前記測定装置（１７）が、前記トルクステー（１８）内に統合されている、請求項９記載の緊解機（１）。
11. 前記モータ（７）は、前記機械フレーム（５）の収容装置に取り付けられており、前記測定装置（１７）は、特に前記収容装置内に統合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の緊解機（１）。
12. ねじ頭（１１）にモータ（７）によってトルク（１６）を加える、請求項１から１１までのいずれか１項記載の形式の緊解機（１）を作動する方法であって、
    測定装置（１７）によって、機械フレーム（５）に対する前記モータ（７）の反力トルク（２１）を検出し、前記トルク（１６）を制限するために、前記モータ（７）を前記反力トルクに依存して制御することを特徴とする、緊解機を作動する方法。
13. 前記反力トルク（２１）を検出するために、力変換器によって、前記モータ（７）に作用する力のための測定値を測定し、該測定値を制御装置（１５）に供給し、該制御装置（１５）が前記モータ（７）を前記測定値に依存して制御する、請求項１２記載の方法。
14. 前記制御装置（１５）に、調節可能な限界値を設定し、前記測定値が前記限界値に達するや否や、前記モータ（７）を非作動にする、請求項１３記載の方法。
15. 前記制御装置（１５）は、液圧式の圧力制限弁に制限値を設定し、液圧モータを前記制限値に到達するまで運転させ、前記液圧モータの停止時に検出された反力トルクを、目標モーメントと比較し、前記制御装置（１５）は、該比較に依存して、適合された制限値を設定する、請求項１２または１３記載の方法。

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