BRPI0810663B1

BRPI0810663B1 - chave de parafuso de potência

Info

Publication number: BRPI0810663B1
Application number: BRPI0810663A
Authority: BR
Inventors: Gareis Marc
Original assignee: Loesomat Schraubtechnik Neef Gmbh
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2019-08-27
Also published as: RU2009142993A; CL2008001168A1; BRPI0810663A2; CN101754835A; US8171827B2; EP2139645B1; EP2139645A2; AR066255A1; BRPI0810663A8; DK2139645T3; TW200900202A; ATE515376T1; DE102007019408B3; CN101754835B; CA2684787C; TWI428209B; WO2008128525A2; WO2008128525A3; US20100101381A1; CA2684787A1

Abstract

parafusadeira elétrica a presente invenção refere-se a uma chave de parafuso elétrica (1 0), que compreende um motor (12) e um circuito de controle (22), que desliga o motor (12) por meio de um sinal de desligamento (s_stop) quando ele atinge um valor de torque desejado especificado (md-soll), e um braço de suporte (18), que absorve energia durante o aparafusamento. está previsto um circuito limitador de voltagem ( 46), que limita a voltagem do motor (u_mot), que ocorre no motor elétrico (12), na dissipação da energia armazenada no braço de suporte (18) do motor elétrico (12), operado como gerador, que gira no sentido contrário à direção de acionamento, para uma voltagem de limitação (u_lim) predeterminada. a voltagem de limitação (u_lim) está fixada de tal modo que, por um lado, o motor (12) é capaz de girar sem contratorque na direção de acionamento, quando operado como gerador, e, por outro lado, que não ocorrem sobrevoltagens inadmissíveis.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CHAVE DE PARAFUSO DE POTÊNCIA.

[001] A presente invenção refere-se a uma chave de parafuso de potência, com um motor elétrico e um circuito de controle, que desliga o motor elétrico ao atingir um valor teórico de torque estabelecido, com um sinal de desligamento, bem como com um braço de suporte, que absorve energia no processo de aparafusamento.

ESTADO DA TÉCNICA [002] No documento DE 23 26 027A está descrita uma chave de parafuso operada por tensão de rede, que põe à disposição um valor teórico de torque predeterminado. O torque produzido pela chave de parafuso é detectado indiretamente por meio da corrente que flui pelo motor elétrico. Devido à ligação à rede, parte-se de uma tensão de serviço do motor elétrico, que é sempre igual e constante. Se o valor teórico de torque ainda não tiver sido atingido, a chave de parafuso gira com o número de rotações máximo possível, que depende do valor teórico de torque a ser produzido. Devido à inércia de massa das partes rotativas da chave de parafuso, tais como o motor elétrico e, particularmente, a engrenagem, a união roscada ainda é girada adicionalmente, na dependência da marcha continuada, depois de atingido o valor teórico de torque.

[003] O problema que se apresenta no documento DE 23 26 027 A1, devido à rotação adicional da chave de parafuso, ao ser atingido o valor teórico de torque, é retomado pelo documento DE 103 41 975 A1. Está descrito um dispositivo de limitação de torque eletrônico, por exemplo, para um motor elétrico usado em uma chave de parafuso operada por acumulador. Parte-se de uma limitação de torque eletrônica, a corrente que flui pelo motor elétrico é usada como medida para o torque. Esse procedimento é considerado como impreciso, porque, particularmente, a torques elevados, depois do desligamento do motor

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2/17 elétrico, pode ocorrer uma marcha continuada pela energia cinética das massas rotativas, com a conseqüência de que uma união roscada é apertada com um torque mais elevado do que o valor teórico de torque predeterminado. Para evitar o pico de torque, que se origina da inércia de massa ou na dinâmica da engrenagem, é proposto que o valor da corrente do motor elétrico admissível seja fixada na dependência do número de rotações do motor elétrico. De acordo com um exemplo de modalidade, pode ser fixado um valor teórico de torque, que é convertido em um valor máximo da corrente do motor elétrico. Quando mais alto for especificado o valor máximo da corrente do motor elétrico, tanto mais baixo pode ficar o número de rotações máximo do motor elétrico.

[004] No documento EP 0 187 353 A2 está descrita uma chaves de parafuso, cujo motor elétrico é abastecido pela rede de tensão alternada. Parte-se do conhecimento de que o motor elétrico põe à disposição um torque máximo e determinado sob carga, na parada, sendo que esse torque depende da tensão ou da corrente de carga posta à disposição de acordo com a respectiva linha característica do motor. O ajuste da tensão de serviço média do motor elétrico dá-se com um elemento de controle, que está realizado, por exemplo, como triac. A tensão de serviço média do motor elétrico ou a corrente de carga podem ser ajustadas com um potenciômetro, com o que o torque máximo na parada do motor ou em números de rotações pequenos do motor pode ser alterado e ajustado. O valor teórico de torque do aparafusamento é obtido a um número de rotações pequeno ou até mesmo na parada da chave de parafuso, de modo que é evitada um excedimento do valor teórico do torque pela marcha continuada.

[005] Está previsto, ainda, um circuito de compensação, que está em condições de compensar oscilações da tensão de rede, para eliminar a influência sobre o valor efetivo de torque. No caso de tensão de

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3/17 abastecimento decrescente, o ângulo de corte de fase no controle de triac é ampliado, de modo que se apresenta uma tensão média mais alta no motor elétrico.

[006] No documento DE 196 26 731 A1 está descrita uma chave de parafuso de pequeno porte, operada por acumulador, que contém um elemento de controle, que desliga o motor elétrico por curtocircuito. O elemento de controle é manobrado por um esbarro de profundidade. Pela frenagem abrupta do motor elétrico, é reduzido o excedimento. Mas, nesse caso, deve ser observado que um curtocircuito desse tipo do motor elétrico só é possível a torques a ser emitidos comparativamente pequenos, de até, por exemplo 100 Nm e em motores elétricos de baixa potência, uma vez que mesmo em motores elétricos de baixa potência, no caso de um curtocircuito de um motor que está girando com um número de rotações altas, é preciso contar com uma corrente de curtocircuito e com as interferências eletromagnéticas associadas a isso. A corrente de curtocircuito carrega tanto um coletor de um motor elétrico realizado como motor de corrente contínua, como também o elemento de controle para por o motor em curtocircuito em medida considerável.

[007] No documento DE 103 45 135 A1 está descrita uma chave de parafuso pequena, operada com acumulador, que para abastecimento de energia contém um acumulador de íons de lítio.

[008] O estado da técnica conhecido em geral é prever um circuito de funcionamento em vazio, paralelamente a um motor elétrico, que possibilita a dissipação de corrente da energia indutiva acumulada na parte indutiva do motor elétrico, depois do desligamento do motor elétrico. O circuito de funcionamento pode estar ligado, por exemplo, como circuito de funcionamento livre ligado, no qual, por exemplo, um transistor de efeito de campo de MOS, ligado paralelamente ao motor elétrico, é ligado simultaneamente ao desligamento do abastecimento

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4/17 de corrente e, com isso, transpõe o motor elétrico, de modo que a corrente do motor pode dissipar-se. No caso mais simples, o circuito de funcionamento livre é realizado com um diodo de funcionamento livre ligado paralelamente ao motor elétrico. Um circuito de funcionamento livre desse tipo possibilita apenas a continuidade da corrente do motor, depois do desligamento do abastecimento de corrente, sendo que a tensão que se ajusta no motor não está definida no circuito de funcionamento livre ativo, mas depende da tensão de passagem do componente de funcionamento livre condutor de corrente utilizado, que depende fortemente da temperatura e depende, particularmente, do valor da corrente de funcionamento livre.

[009] No documento DE 201 13 184 U1 e, por exemplo, no documento DE 196 47 813 A1 são indicadas chaves de parafuso, operadas por motor elétrico, configuradas como ferramentas manuais, que apresentam, em cada caso, um braço de apoio para por à disposição um contratorque no aperto ou desprendimento de uniões roscadas. [0010] Essas chaves de parafuso são designadas como chaves de parafuso elétricas, porque o torque posto à disposição pode perfazer, por exemplo, até 10.000 Nm, que sem o braço de apoio não podeeu ser produzido por um operador da chave de parafuso de potência. Com torque crescente no processo de aparafusamento, o braço de apoio deforma-se elasticamente, com o que o braço de apoio absorve energia. O braço de apoio não só absorve a energia que se apresenta durante o processo de aparafusamento, mas também a energia de rotação ainda existente depois do desligamento da chave de parafuso de potência, nas massas rotativas, tais como, por exemplo, no motor elétrico e, particularmente, na engrenagem, por deformação.

[0011] O aperto pode ser desprendido, por exemplo, por exemplo, por um acoplamento corrediço, que ao atingir o valor teórico de torque, desengata-se mecanicamente. Particularmente a valores teóricos de

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5/17 torque baixos, a unidade de acionamento pode desprender a tensão por especificação de uma potência definida. Nos dois métodos, a relação de massa fortemente diferente da unidade de acionamento rotativa em relação à massa de engrenagem influencia negativamente a engrenagem e o motor elétrico.

[0012] Em chaves de parafuso, particularmente, chaves de parafuso elétricas, que podem por à disposição um torque muito alto, é absolutamente necessário que a energia cumulada no braço de apoio possa dissipar controladamente, para que a chave de parafuso de potência possa ser retirada da união roscada. Devido à relação de desmultiplicação da engrenagem, em geral alta, não pode ser excluído que o motor elétrico, devido à energia acumulada no braço de apoio, comece a girar no sentido contrário à direção de acionamento.

[0013] A invenção tem por base a tarefa de indicar uma chave de parafuso de potência, particularmente, uma chave de parafuso de potência operada por acumulador, que possibilita uma redução sem risco da energia acumulada no braço de apoio, depois do desligamento da chave de parafuso de potência.

[0014] A tarefa é solucionada por uma chave de parafuso de potência, com um motor elétrico e um circuito de controle, que desliga o motor elétrico ao atingir um valor teórico de torque estabelecido, com um sinal de desligamento, bem como com um braço de suporte, que absorve energia no processo de aparafusamento, sendo que está previsto um circuito de limitação de tensão, que limita a tensão do motor, quando a energia armazenada no braço de suporte do motor, que é operado como gerador e gira em sentido contrário à direção do acionamento, é dissipada, para uma tensão de limitação predeterminada. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0015] A chave de parafuso de potência de acordo com a invenção apresenta um motor elétrico e um circuito de controle, que desliga elePetição 870190046218, de 17/05/2019, pág. 10/28

6/17 tronicamente o motor elétrico, ao ser atingido um valor teórico de torque ajustado, com um sinal de desligamento. Além disso, está previsto um braço de suporte, que absorve energia no processo de aparafusamento. a chave de parafuso de potência distingue-se por um circuito de limitação de tensão, que limita a tensão de motor do motor elétrico, que se apresenta na dissipação da energia armazenada no braço de suporte do motor elétrico, que é operado por gerador e gira em sentido contrário à direção do acionamento, a uma tensão de limitação predeterminada.

[0016] O circuito de limitação de tensão, previsto de acordo com a invenção, assegura, inicialmente, que a energia acumulada no braço de apoio durante o processo de aparafusamento possa ser consumida, depois do desligamento do motor elétrico, ao ser atingido o valor teórico de torque, por um acionamento do motor elétrico através da engrenagem, na operação por gerador, sendo que o motor elétrico não forma nenhum contratorque digno de nota abaixo da tensão de limitação, em um âmbito amplo de números de rotações.

[0017] Particularmente, o circuito de limitação de tensão previsto de acordo com a invenção, protege o circuito de controle em relação a voltagens inadmissivelmente altas, que poderiam ocorrer a uma energia alta acumulada no braço de apoio, depois do desligamento do motor elétrico, ao ser atingido o valor teórico de torque, de acordo com um número de rotações alto do motor elétrico, na operação por gerador.

[0018] Desenvolvimentos e configurações vantajosos da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção evidenciam-se das reivindicações dependentes.

[0019] Uma configuração prevê que a tensão de limitação corresponde, em termos de valor, pelo menos à tensão de serviço nominal do motor elétrico. Desse modo resulta, por um lado, um âmbito de núPetição 870190046218, de 17/05/2019, pág. 11/28

7/17 meros de rotações suficiente durante a operação por gerador, sem que ocorra um fluxo de corrente, que só pode apresentar-se ao ser atingida a tensão de limitação. Por outro lado, podem ser usados componentes com voltagens de serviço máximas admissíveis comparativamente baixas, uma vez que voltagens de motor que ocorrem durante a operação do motor elétrico, estão limitadas em termos de valor à tensão de serviço nominal do motor elétrico.

[0020] Uma outra configuração prevê que a tensão de limitação corresponda, no máximo, à tensão contínua de proteção admissível para aparelhos elétricos. A tensão pequena de proteção no sentido do presente pedido, corresponde à tensão que está autorizada legalmente, sem que precisem ser tomadas medidas especiais para o isolamento elétrico. A tensão pequena de proteção perfaz, por exemplo, 42 volts.

[0021] Outras configurações referem-se à realização do circuito de limitação de tensão. Uma primeira possibilidade de realização prevê dois diodos Zener, polarizados um contra o outro. Uma outra possibilidade de realização prevê um diodo de limitação bipolar.

[0022] Uma outra possibilidade de realização prevê um varistor.

[0023] Uma outra possibilidade de realização prevê o uso de o circuito de limitação de tensão, que contém uma carga eletrônica.

[0024] Enquanto os circuitos de limitação de tensão realizados com diodos e transistores apresentam uma alta velocidade de resposta, o varistor pode absorver por curtos períodos uma potência comparativamente alta e evacuar termicamente a mesma.

[0025] Uma combinação de diversos componentes possibilita uma otimização no que se refere a diversas exigências.

[0026] Um desenvolvimento vantajoso da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção prevê que o circuito de controle ponha à disposição o sinal de desligamento, ao ser atingido o valor

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8/17 teórico de torque ajustado, por meio de uma comparação do valor efetivo de torque com o valor teórico de torque obtido da corrente do motor elétrico. A detecção da corrente do motor elétrico, que é usada como base para uma medida para o torque posto à disposição pela chave de parafuso, pode dar-se com meios simples de tecnologia de controle e, por esse motivo, é consideravelmente mais barata do que uma solução mecânica, tal como, por exemplo, um acoplamento corrediço. [0027] Um outro desenvolvimento da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção prevê como fonte de energia para o motor elétrico um acumulador na base de lítio, devido à densidade de energia comparativamente alta do mesmo. Pode ser usado, por exemplo, um acumulador de íons de lítio (Li-Ion-Akku) ou, por exemplo, um acumulador de polímero de lítio (Li-Polymer-Akku).

[0028] A tensão de abastecimento em queda durante a operação da chave de parafuso de potência, devido à tensão de acumulador decrescente durante o processo de descarga, é vantajosamente compensada por um circuito de compensação de queda de tensão de acumulador, de modo que a tensão de serviço decrescente não tem influência sobre a obtenção do valor teórico de torque ajustado.

[0029] Em vez de uma intervenção na parte de potência da eletrônica de controle, de acordo com uma configuração está previsto que o circuito de compensação de queda de tensão do acumulador, no caso de tensão de acumulador decrescente, aumenta o valor teórico de torque especificado ou diminui o valor efetivo de torque, detectado na base da corrente do motor elétrico. Com isso, a linha característica do motor elétrico é deslocada virtualmente.

[0030] Outras configurações e desenvolvimentos vantajosos da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção evidenciamse da descrição abaixo. Exemplos de modalidade da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção estão representados no dePetição 870190046218, de 17/05/2019, pág. 13/28

9/17 senho e são explicados mais detalhadamente na descrição subsequente.

[0031] Mostram:

Figura 1 um esboço de uma chave de parafuso de potência de acordo com a invenção,

Figura 2 um diagrama de bloco de um circuito de controle da chave de parafuso de potência de acordo com a invenção, e

Figuras 3a-3d, diferentes configurações de um circuito de limitação de tensão.

[0032] A Figura 1 mostra um esboço de uma chave de parafuso de potência 10, que contém um motor elétrico 12, que aciona um pinhão de encaixe 16 através de uma engrenagem. A chave de parafuso de potência 10 contém um braço de apoio (18), que fornece um contratorque durante o processo de aparafusamento. No exemplo de modalidade mostrado, parte-se de uma chave de parafuso de potência 10 operada por acumulador, que contém um acumulador 20, que está alojado em uma parte de bateria 22. A entrada em funcionamento da chave de parafuso de potência 10 dá-se com uma chave 24. Para controle do motor elétrico 12 está previsto um circuito de controle 26.

[0033] No exemplo de modalidade mostrado, parte-se de um motor de corrente contínua 12, que é comandado, de preferência, com um sinal modulado em amplitude de impulso, que determina a tensão de serviço média do motor elétrico 12.

[0034] Na Figura 2 está mostrado um modulador de amplitude de impulso 30, que fornece um sinal modulado em amplitude de impulso s_PWM, que abre completamente ou fecha completamente um elemento de controle 32, por exemplo, um transistor de efeito de campo de MOS. A duração do período e/ou a duração do impulso do sinal modulado em amplitude de impulso s_PWM podem ser variáveis.

[0035] A relação de detecção do sinal modulado em amplitude de

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10/17 impulso s_PWM, que reflete a relação de duração de ligação para duração de período, determina a tensão de serviço média do motor elétrico 12, possibilita, com isso, uma influência sobre a potência posta à disposição do motor elétrico 12, ou sobre o número de rotações do motor elétrico 12.

[0036] Depois do fechamento da chave 24, flui uma corrente de motor i_Mot na dependência da relação de detecção do sinal modulado em amplitude de impulso s_PWM, na dependência da tensão de abastecimento u_Batt e na dependência da carga do motor elétrico 12. [0037] A corrente de motor i_Mot é usada como medida para o torque produzido pelo motor elétrico 12 e, desse modo, como medida do torque posto à disposição pela chave de parafuso de potência 10 no pinhão de encaixe 16. No exemplo de modalidade mostrado, a corrente de motor i_Mot é detectada com uma derivação 34, que está realizada como resistência ôhmicamente baixa, de, por exemplo, 0,01 Ohm. A queda de tensão u_Sens, que ocorre na derivação 34 como medida para a corrente de motor i_Mot, é ampliada em um mecanismo de tratamento de sinal de sensor 36 e fornecida como medida para o valor efetivo de torque md_Ist de uma uniformização de sinal 38, que fornece um valor efetivo de torque uniformizado mdm_Ist a um mecanismo de desligamento de chave de parafuso 40.

[0038] O mecanismo de tratamento de sinal de sensor 36 contém, por exemplo, um OpAmp, ligado como amplificador de diferença. A uniformização de sinal 38 está realizada, por exemplo, como uma combinação de condensador de resistência, que apresenta uma função de filtro de passagem baixa ou uma propriedade integradora, que leva a uma formação de valor médio móvel.

[0039] A uniformização de sinal 38, opcionalmente prevista, suprime extensivamente sinais de interferência e picos de corrente, que podem levar a um desligamento, por engano, da chave de parafuso de

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11/17 potência 10.

[0040] O mecanismo de desligamento da chave de parafuso 40 está realizado, por exemplo, com um OpAmp, ligado como comparador, ao qual são postos à disposição o valor efetivo de torque uniformizado mdm_Ist ou o valor efetivo de torque md_Ist e um valor teórico de torque Md_Soll, fornecido por uma especificação de valor teórico de torque 42. A especificação de valor teórico de torque 42 é, de preferência, um potenciômetro, cuja roda de ajuste, que está acessível a um operador da chave de parafuso de potência 10, está inscrita com os diferentes valores teóricos de torque a ser especificados.

[0041] Assim que o valor efetivo de torque uniformizado mdmIst ou o valor efetivo de torque md_Ist coincidir com o valor teórico de torque Md_Soll, o mecanismo de desligamento da chave de parafuso 40 fornece um sinal de parada s_Stop, que é posto à disposição do modulador de amplitude de impulso 30. Como a apresentação do sinal de parada s_Stop, ao ser atingido o valor teórico de torque especificado Md_Soll, o modulador de amplitude de impulso 30 termina o fornecimento do sinal modulador de amplitude de impulso s_PWM, com o que o elemento de controle 32 é permanentemente fechado e o motor elétrico 12 ou a chave de parafuso de potência 10 é desligado.

[0042] No exemplo de modalidade mostrado, parte-se do fato de que para abastecimento de energia do motor elétrico 12 está previsto o acumulador 20, que está realizado, de preferência, como acumulador baseado em lítio 20, que se distingue por uma alta densidade de energia. Pode ser usado, por exemplo, um acumulador de íons de lítio ou, por exemplo, um acumulador de polímero de lítio. O acumulador 20 fornece a tensão de abastecimento u_Batt. A linha característica de3 descarga de um acumulador, particularmente, de um acumulador baseado em lítio, na verdade, estende-se de modo relativamente plano, mas mesmo uma pequena queda de tensão exerce diretamente

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12/17 um efeito sobre a obtenção do valor teórico de torque Md_Soll, quando a corrente de motor i_Mot é usada como medida para o valor efetivo de torque md_Ist, mdm_Ist, uma vez que a uma tensão de abastecimento u_Batt decrescente, ajusta-se uma corrente de motor i_Mot menor.

[0043] Por esse motivo, está previsto um circuito de compensação de queda de tensão de acumulador 44, que compensa a influência de uma tensão de abastecimento u_Batt decrescente sobre a obtenção do valor teórico de torque Md_Soll ajustado.

[0044] Em princípio, a tensão de abastecimento u_Batt poderia ser diretamente estabilizada e mantida constante, sendo que, no entanto, seriam necessários componentes semicondutores de potência, que, por um lado, são relativamente caros e, por ou lado, devido às correntes elevadas esperadas, de até, por exemplo 100 A, são volumosos demais para que possam ser instalados na chave de parafuso de potência 10.

[0045] O circuito de compensação de queda de tensão de acumulador 44 intervém, por esse motivo, de preferência, com um sinal de compensação s_Batt_Komp no mecanismo de desligamento da chave de parafuso 40, sendo que a uma tensão de abastecimento u_Batt decrescente, o valor teórico de torque Md_Soll é aumentado ou o valor efetivo de torque md_Ist, mdm_Ist é diminuído.

[0046] O circuito de compensação de queda de tensão de acumulador 44 pode conter, por exemplo, uma fonte de tensão de referência, com a qual a tensão de abastecimento u_Batt é comparada. A uma diferença crescentemente menor entre a tensão de referência e a tensão de abastecimento u_Batt, durante o processo de descarga do acumulador 20, o sinal de compensação s_Batt_Komp é continuamente aumentado, sendo que o aumento corresponde a uma diminuição virtual da corrente de motor i_Mot, para compensar a corrente de mo

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13/17 tor i_Mot efetivamente menor, a uma tensão de abastecimento u_Batt decrescente, na avaliação de sinal.

[0047] Durante a operação da chave de parafuso de potência 10, o braço de apoio 18 fornece o contratorque necessário ao torque transmitido pelo pinhão de encaixe 16 ao aparafusamento. O braço de apoio 18, deve ser fixado em um suporte apropriado, para preparação do processo de aparafusamento. Durante o processo de aparafusamento, na dependência do torque crescente, ocorre uma deformação correspondentemente crescente do braço de apoio 18, que corresponde a uma acumulação de energia. A energia acumulada no braço de apoio 18 apresenta o valor máximo, depois do desligamento da chave de parafuso 10, ao ser atingido o valor teórico de toque Md_Soll especificado.

[0048] Pela deformação do braço de apoio 18, o pinhão de encaixe 16 e, com isso, toda a chave de parafuso de potência 10, é apertado sobre a união roscada. Depois do desligamento da chave de parafuso de potência 10 pelo sinal de parada s_Stop, fornecido pelo mecanismo de desligamento da chave de parafuso 40,a energia acumulada no braço de apoio 18 faz com que o motor elétrico 12, partindo do pinhão de encaixe 16, seja acionado para trás, através da engrenagem 14, sendo que o motor elétrico 12 começa a girar na direção contrária à direção de acionamento.

[0049] Portanto, na dissipação da energia acumulada no braço de apoio 18, o motor elétrico 12 é operado por gerador. Para a dissipação rápida e simples da energia acumulada no braço de apoio 18, o motor elétrico 12 deve poder girar livremente, sem produzir um contratorque, o que iria dificultar e prolongar o processo de descarga. Por esse motivo, o motor elétrico não deve ser posto em curtocircuito nem transposto de modo ohmicamente baixo, sendo que já a uma tensão de gerador pequena, iria ocorrer uma corrente de motor i_Mot alta, de modo

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14/17 correspondente a um contratorque alto. Deve ser levado em consideração, nesse caso, que na operação por gerador, a tensão de motor u_Mot, devido à outra direção de rotação, inverte a polaridade e, portanto, a corrente de motor i_Mot flui em direção inversa, desde que o caminho de corrente esteja disponível.

[0050] Particularmente, constatou-se por meio de testes, que na operação como gerador podem ocorrer voltagens de motor u_Mot consideráveis, que se situam substancialmente acima da tensão de serviço nominal do motor elétrico 12. Em um motor elétrico 12 com uma tensão de serviço nominal de, por exemplo, 28 volts, foram comprovados picos de tensão de até acima de 200 volts, com uma duração de impulso de vários ]100 ns. Essas sobrevoltagens ricas em energia podem levar à destruição de componentes do circuito de controle 22, particularmente, à destruição do elemento de controle 32.

[0051] Por esse motivo, está previsto de acordo com a invenção o circuito de limitação de tensão 46, que limita a tensão de motor u_Mot, que se apresenta no motor elétrico 12, do motor elétrico 12, operado por gerador na dissipação da energia cumulada no braço de apoio 18, e que gira em sentido contrário à direção de acionamento, a uma tensão de limitação u_Lim.

[0052] O circuito de limitação de tensão 46 não é comparável com um funcionamento livre, que apenas põe o motor elétrico, substancialmente, em curtocircuito. O circuito de limitação de tensão 46 possibilita a especificação controlada da tensão de limitação u_Lim, para que o motor elétrico 12, durante a operação por gerador na dissipação da energia acumulada no braço de apoio 18, não produza nenhum contratorque, pelo menos até atingir a tensão de limitação u_Lim. Nesse estado de serviço, uma corrente de motor i_Mot em direção inversa, em comparação com a operação normal, só ocorre quando a tensão de motor u_Mot, na operação por gerador, tenta ultrapassar a tensão de

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15/17 limitação u_Lim.

[0053] O circuito de limitação de tensão 46 pode, no entanto, assumir a função de um funcionamento livre, sendo que durante o funcionamento livre, no qual a direção da corrente de motor i_Mot não se inverte, a tensão de limitação u_Lim ocorre como tensão de motor u_Mot. Opcionalmente, pode estar previsto um funcionamento livre ligado, não mostrado mais detalhadamente, que é comandado pelo sinal modulador de amplitude de impulso s_PWM.

[0054] O circuito de limitação de tensão 46 pode ser realizado de maneiras diferentes. No exemplo de modalidade mostrado na Figura 3a, o circuito de limitação de tensão 46 contém dois diodos Zener 50, 52, ligados em série, polarizados um contra o outro. As voltagens de ruptura são, de preferência, fixadas do mesmo tamanho. Independentemente das voltagens de passagem dos diodos 50, 52, na direção de passagem, as voltagens de ruptura corresponde m, pelo menos aproximadamente, à tensão de limitação u_Lim, tanto em direção positiva como também em direção negativa. Em princípio, podem ser predeterminadas voltagens de limitação diferentes por uma escolha correspondente das voltagens de ruptura dos diodos Zener 50, 52, na dependência da polaridade.

[0055] No exemplo de modalidade mostrado na Figura 3b, o circuito de limitação e tensão 46 contém um diodo de limitação de tensão bipolar 54, que também é designado como TVS (Transient Voltage Suppressor) [Supressor de Tensão Transitório]. O diodo de limitação de tensão 54 contém os dois diodos Zener 50, 52 integrados em um único componente, que, desse modo, é mais barato do que diodos Zener individuais e, particularmente, pode ser montado com menor esforço sobre uma placa condutora, de modo que resultam outras vantagens de custos na produção em série.

[0056] No exemplo de modalidade mostrado na Figura 3c, o circuiPetição 870190046218, de 17/05/2019, pág. 20/28

16/17 to de limitação de tensão 46 contém um varistor 56.

[0057] O exemplo de modalidade mostrado na Figura 3d baseia-se em uma limitação e tensão com uma carga eletrônica analógica 58. A carga eletrônica 58 pode ser realizada com um transistor 60, que está ligado em série com uma resistência de perda 62. Para comando do transistor 60 está previsto um comparador 64, que compara a tensão de motor u_Mot como tensão de medi~~ao u_Mess com a tensão de limitação u_Lim especificada e, na dependência da comparação, abre mais ou menos o transistor 60. Desse modo, a tensão no circuito de limitação e tensão 46 é regulada para a tensão de limitação u_Lim e, desse modo, limitada.

[0058] Enquanto os componentes usados no circuito de limitação de tensão 46 - os diodos Zener 50, 52, o diodo de limitação de tensão 54, bem como o transistor 60 - possibilitam uma reação muito rápida a impulsos de tensão, o varistor 56 pode absorver e derivar, pelo menos por um período curto, uma energia mais alta. Na dependência das exigências, pode estar prevista, portanto, uma combinação de diodos ou transistores 50, 52,m 54, 60, bem como um varistor 60.

[0059] A tensão de limitação u_Lim é inicialmente fixada em um valor, no qual na operação por acionamento normal do motor elétrico 12 não pode ocorrer nenhuma limitação da tensão de motor u_Mot. A tensão de limitação u_Lim, em um motor elétrico de 28 volts, é fixada, consequentemente, em um valor de pelo menos 28 volts. Como na operação por gerador do motor elétrico 12 a tensão de motor u_Mot se inverte, o circuito de limitação de tensão 46 precisa fornecer a tensão de limitação u_Lim, particularmente, para a tensão de motor u_Mot a uma polaridade inversa, uma vez que, particularmente, na operação por gerador, existe o risco de uma sobretensão. No exemplo de modalidade mostrado, com a polaridade da tensão de abastecimento u_Batt, inscrita na Figura 2, na operação por gerador do motor elétrico

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12, o potencial positivo da tensão de mtoor u_Mot apresenta-se no elemento de controle 32, enquanto o potencial negativo se apresenta no acumulador 20.

[0060] Convenientemente, o mesmo valor da tensão de limitação u_Lim é especificado para as duas polaridades da tensão de motor u_Mot, que corresponde pelo menos ao valor da tensão de serviço nominal do motor elétrico 12.

[0061] De acordo com uma outra configuração, pelo menos a tensão de limitação u_Lim, ativa na operação por gerador do motor elétrico12, é fixada para a chamada tensão pequena de proteção, que pode estar determinada legalmente. Uma tensão pequena de proteção, nesse sentido, deve estar definida pelo fato de que em um aparelho elétrico, no presente caso, a chave de parafuso de potência 10, peças condutoras de tensão, que podem ser tocadas, não podem exceder a tensão pequena de proteção.

[0062] Quando esse é o caso, devem ser tomadas medidas especiais para proteção contra contato. A tensão pequena de proteção situa-se, por exemplo, em 42 volts. De preferência, também a tensão de limitação u_Lim fixada na tensão pequena de proteção para as duas polaridades da tensão de motor u_Mot, é fixada para o mesmo valor.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Chave de parafuso de potência, com um motor elétrico (12) e um circuito de controle (22), que desliga o motor elétrico (12) ao atingir um valor teórico de torque (Md_Soll) estabelecido, com um sinal de desligamento (s_Stop), bem como com um braço de suporte (18), que absorve energia no processo de aparafusamento, caracterizada pelo fato de que está previsto um circuito de limitação de tensão (46), que limita a tensão do motor (u_Mot), quando a energia armazenada no braço de suporte (18) do motor (12), que é operado como gerador e gira em sentido contrário à direção do acionamento, é dissipada, para uma tensão de limitação (u_Lim) predeterminada.
2. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a tensão de limitação (u_Lim) corresponde pelo menos à tensão de serviço nominal do motor elétrico (12).
3. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a tensão de limitação (u_Lim) corresponde, no máximo, a uma tensão pequena de proteção.
4. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circuito de limitação de tensão (46) contém dois diodos Zener (50, 52), polarizados um contra o outro.
5. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circuito de limitação de tensão (46) contém um diodo de limitação (54) bipolar.
6. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circuito de limitação de tensão (46) contém um varistor (56).
7. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circuito de limitação de tensão (46) contém uma carga eletrônica (58).

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8. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circuito de controle (22) põe à disposição o sinal de desligamento (s_Stop) ao ser atingido o valor teórico de torque (Md-Soll) especificado, por comparação de um valor efetivo de torque (md_Ist, mdm-Ist), obtido da corrente do motor elétrico (i_Mot) com o valor teórico de torque (Md_Soll).
9. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que está previsto um acumulador (20) como fonte de energia para o motor elétrico (12).
10. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que como acumulador (20) está previsto um acumulador baseado em lítio (Li_Ion-Battery), LiPolymerBattery).
11. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que está previsto um circuito de compensação de queda de tensão de acumulador (44), que compensa a influência de uma tensão de serviço (u_Batt) decrescente sobre a obtenção do valor teórico de torque (Md-Soll) especificado.
12. Chave de parafuso de potência de acordo com as reivindicações 9 e 11, caracterizada pelo fato de que o circuito de compensação de queda de tensão de acumulador (44), no caso de tensão de abastecimento (u_Batt) decrescente, aumenta o valor teórico de torque (Md-Soll) especificado para a obtenção do valor teórico de troque (Md-Soll) especificado.
13. Chave de parafuso de potência de acordo com a reivindicações 9 e 11, caracterizada pelo fato de que o circuito de compensação de queda de tensão de acumulador (44), no caso de tensão de abastecimento (u_Batt) decrescente, diminui o valor teórico de torque (Md-Soll) especificado para a obtenção do valor teórico de troque (MdSoll) especificado.