專利名稱：具有力傳感器的電子機械接口模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子機械接口模塊(Elektromechanisches Fiigemodul)，用于在接合體上施加線性力，該模塊包括代表該接口模塊的固定部分的定子；可以從該定子中直線抽出的挺桿(Stdssel)，其具有外部的挺桿端部；以及力傳感器，用于檢測在運行中由挺桿端部施加于接合體上的力。
背景技術：
電子機械接口模塊是借助于挺桿在接合體上施加線性力的電動機。常見的特別是用于裝配過程中的接口模塊，借助于該接口模塊可以產生形狀配合的連接。例如由專利文獻DE 19721072可知一種這樣的接口模塊。然而該文獻不涉及對力的測量。這種接口模塊有時會包括力測量裝置，該裝置測量由接口模塊施加于接合體上的力。這樣檢測到的測量數據被用于對過程的控制和/或用于質量監控。在已知的接口模塊中，大多數情況下是在接口模塊的殼體中對力進行檢測。在此， 由于軸承摩擦、力分流(Kraftnebenschlilsse)以及移動部件的承重而使精度受到限制。替代地可以將力傳感器集成在接合體上。但是去往力傳感器的連接電纜會使機械成本過高并產生干擾，并且這些連接電纜的使用壽命也是非常有限的。由專利文獻EP 1057586可知一種用于變形、按壓和注射技術的工具，其中，在工具的功能面中嵌入力傳感器。該力傳感器用于確定工具上的磨損參數，但是不測量在接合為整體時的力。為此應該特別避免使傳感器成為功能面的一部分，以避免由于局部的異質性而導致測量誤差。此外，該文獻沒有描述使工具移動并在工具上施加力的執行機構。故而也沒有描述，如何將測量數據從接合體傳送給為此而線性移動的定子。在專利文獻DE 10251387中描述了一種沖壓裝置，其包括轉矩傳感器。在該裝置中，可移動部件和固定部件之間的運動是旋轉，為此在這兩個組件之間的距離幾乎保持恒定。正如長期以來所公知的那樣，這是一種典型的接口模塊。通過轉矩傳感器，可以間接根據主軸斜度(Spindelsteigimg)確定作用于工具上的力。由于傳感器本身不是平移運動， 因此測量數據的遙測傳輸是沒有問題的。

發明內容
本發明的目的在于提出一種本文開始所述類型的電子機械接口模塊，通過該接口模塊，能夠以更高的精度實現對推動力的力測量，其中，測量裝置應該具有較長的使用壽命，并且能夠在無損傷且不降低質量的情況下經受大量的運動周期。此外，該包含測量裝置的接口模塊應該具有簡單的結構，并且是少維護的，并且能夠在不增添額外費用的情況下根據用戶進行調整。本發明的目的通過將力傳感器安裝在挺桿端部區域中并具有用于利用近場或遠場遙測技術無線傳輸測量數據的傳感器電路來實現。為了利用近場遙測技術進行傳輸，根據本發明，使傳感器電路與挺桿線圈相連接，挺桿線圈在挺桿的整個可抽出的區域上延伸。定子具有在挺桿線圈附近的定子電路，用以利用近場遙測技術為傳感器電路無線供電，以及接收測量數據。根據本發明的接口模塊的優點之一在于由此能夠實現高精度的力測量，因為沒有由于軸承摩擦、力分流以及移動部件的承重造成的錯誤影響。這種力測量系統無需維護， 并且其使用壽命在很大程度上與負載周期的數量無關。特別是這種設置很容易實現，并且也可以用在遠場遙測技術由于環境的輻射負擔而存在問題的環境中。但是，這兩種解決方案都具有以下優點沒有電纜的干擾，電纜在任何情況下都有可能受到損傷；以及使力在挺桿端部區域中被真正地吸收，接近產生力的表面，沒有力分流。


下面參照附圖對本發明做進一步的說明。其中圖1示出了根據本發明的接口模塊在(a)回縮狀態下和(b)抽出狀態下的示意性側視圖；圖2示出了根據本發明的接口模塊在抽出狀態下在挺桿區域的示意圖；圖3示出了(a)根據本發明的具有挺桿線圈的挺桿的視圖和(b)挺桿線圈的詳細視圖；圖4示出了在定子電路區域中挺桿的截面圖；圖5示出了圖4中在挺桿線圈、供電線圈和接收線圈區域中的詳細視圖。
具體實施例方式圖1示出了電子機械接口模塊1，其包括表示接口模塊1的固定部分的定子2和可以沿直線方向從定子2中抽出的挺桿3。圖Ia示出了處于回縮狀態下的接口模塊1，圖Ib 示出了挺桿3處于抽出狀態下的接口模塊1。挺桿3具有外端部4，在外端部4上可以安裝工具插座6。根據本發明，力傳感器5 位于挺桿端部4的區域中，該力傳感器5可以測量在使用中由挺桿端部4所施加的力。力傳感器5具有傳感器電路7，用于借助近場或遠場遙測技術來無線傳輸測量數據。接下來，在圖2到圖5中示出了利用近場遙測技術所進行的傳輸。圖2示出了具有力傳感器5的接口模塊1的定子2中的、抽出的挺桿，根據本發明， 力傳感器5安裝在挺桿端部4上，在該視圖中，其位于工具插座6和挺桿3之間。根據本發明，力傳感器5具有傳感器電路7，用于借助近場遙測技術無線傳輸測量數據。該傳感器電路7與在挺桿3的整個可抽出區域上延伸的挺桿線圈8相連接。優選將挺桿線圈8設置在挺桿3中的凹槽10中。定子2在挺桿線圈8附近具有定子電路9，用于利用近場遙測技術向傳感器電路7無線供電，以及接收測量數據。在根據本發明的這種配置中，定子電路9包括一個或多個可產生交變磁場的供電線圈11。由此可以在挺桿線圈8中產生感應電壓，并由此向傳感器電路7供電。此外，通過這種方式，還可以向傳感器電路7發送與傳感器相關的數據，這些數據用于通過力傳感器5 所進行的測量，例如傳感器的靈敏度。與此相關地，優選傳感器電路7包括數據存儲器14， 用于存儲這種與測量相關的數據。
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此外，定子電路9具有接收線圈或接收天線12，用于接收測得的測量值和/或其他的信息，例如傳感器電路的狀態、測量范圍、定標信息(Skalierinformationen)和/或校準數據。圖3a示出了根據本發明的具有挺桿線圈8的挺桿3，在此，圖北以詳細視圖示出了設置在凹槽10中的挺桿線圈8。如圖北所示，定子電路9位于挺桿3的中間區域中，其與挺桿線圈8重疊。圖4示出了位于定子電路9的區域中的挺桿3的橫截面圖。由該視圖可知，具有一個或多個定子供電線圈11的定子電路9設置在挺桿線圈8的附近，而與挺桿的位置無關。 圖5示出了圖4在線圈區域中的詳細視圖。該視圖示出了鄰近相對地、無接觸設置的初級和次級繞組，也就是作為初級繞組的定子供電線圈11和接收線圈12，以及位于挺桿3上、作為次級繞組的挺桿線圈8。已經證實，具有優點的是通過電磁耦合并借助于相位調制(PSK調制)，利用調制載波將測量值從挺桿線圈8傳輸到接收線圈12，在此，所使用的載波約為13. 56MHz或約為 27. IMHz0除了測量值之外，還可以將其他狀態信息從傳感器電路9傳輸到定子2，例如，有關力傳感器、測量范圍、刻度信息(Skaleninformationen)、校準數據等。優選對這些數據進行數字化傳輸。對于能源傳輸采用119到135kHz的載波頻率。也可以對用于能源傳輸的信號進行調制，以將控制信息傳輸到傳感器電路9上。作為調制方法同樣使用相位調制(PSK調制)。 為了匹配傳輸功率，可以使載波頻率在119到135kHz范圍內變化。在一種優選的實施方式中，力傳感器5是壓電式力傳感器。根據本發明的接口模塊1特別是可以附加地具有位移傳感器15，用于檢測挺桿位移或挺桿位置。例如，在使用中該位移傳感器可以確定相對于被接口模塊施加力的接合體的距離。優選位移傳感器15是增量式傳感器、感應式傳感器或光學傳感器。替代近場遙測技術，根據本發明的接口模塊1還可以配備傳感器電路7，該傳感器電路具有用于通過遠場遙測技術傳輸測量數據的發射模塊。在這種情況下，傳感器電路7 應該包括蓄電池。該蓄電池例如同樣可以由定子充電，例如當挺桿3整個回縮時借助相應地安裝在挺桿上的接頭，。還可以定期更換蓄電池。這種設置的優勢在于，可以將測量數據直接發送到任意地點的分析單元，以便進行進一步處理和/或用于對接口模塊1進行控制， 而不必將測量數據轉發到控制單元。附圖標記列表1接口模塊2 定子3 挺桿4挺桿端部5力傳感器6工具插座7傳感器電路8挺桿線圈9定子電路
10 凹槽11供電線圈12接收線圈或接收天線14數據存儲器15位移傳感器
權利要求
1.一種電子機械接口模塊，用于在接合體上施加線性力，該接口模塊包括代表所述接口模塊的固定部分的定子O)；可以從所述定子O)中直線抽出的挺桿(3)，該挺桿(3) 具有在外部的挺桿端部；以及力傳感器(5)，用于檢測在運行中由所述挺桿端部(4)施加于接合體上的力，其特征在于，所述力傳感器(5)安裝在所述挺桿端部(4)的區域中，并具有傳感器電路(7)，用于借助近場遙測技術或遠場遙測技術無線傳輸測量數據。
2.如權利要求1所述的接口模塊，其特征在于，所述力傳感器(5)是壓電式力傳感器， 或包括應變片。
3.如權利要求1或2所述的接口模塊，其特征在于，所述傳感器電路(7)包括數據存儲器(14)，用于存儲與測量相關的數據。
4.如權利要求1到3中任一項所述的接口模塊，包括位移傳感器(15)，用于檢測挺桿位移或挺桿位置。
5.如權利要求4所述的接口模塊，其特征在于，所述位移傳感器(15)能夠在使用中確定相對于被該接口模塊施加力的接合體的距離。
6.如權利要求4或5所述的接口模塊，其特征在于，所述位移傳感器15是增量式傳感器、感應式傳感器或光學傳感器。
7.如權利要求1到6中任一項所述的接口模塊，其特征在于，所述傳感器電路(7)與挺桿線圈(8)相連接，該挺桿線圈在所述挺桿(3)的整個可抽出的區域上延伸，其中，所述定子(2)具有在所述挺桿線圈(8)附近的定子電路(9)，用以利用近場遙測技術為所述傳感器電路(7)無線供電，以及接收測量數據。
8.如權利要求7所述的接口模塊，其特征在于，所述挺桿線圈(8)設置在所述挺桿(3) 中的凹槽(10)中。
9.如權利要求7或8所述的接口模塊，其特征在于，所述定子電路(9)包括一個或多個能夠產生交變磁場的供電線圈(11)，用于在所述挺桿線圈(8)中產生感應電壓，以向所述傳感器電路(7)供電。
10.如權利要求7到9中任一項所述的接口模塊，其特征在于，所述定子電路(9)具有接收線圈或接收天線(12)，用于接收所測得的測量值和/或其他信息，例如所述傳感器電路的狀態、測量范圍、定標信息和/或校準數據。
11.如權利要求1到6中任一項所述的接口模塊，其特征在于，所述傳感器電路(7)具有發射模塊，用于借助遠場遙測技術傳輸測量數據。
12.如權利要求11所述的接口模塊，其特征在于，所述傳感器電路(7)包括蓄電池。
全文摘要
本發明涉及一種電子機械接口模塊，用于在接合體上施加線性力，該模塊包括代表所述接口模塊的固定部分的定子(2)；可以從定子(2)中直線抽出的挺桿(3)，其具有在外部的挺桿端部(4)；以及力傳感器(5)，用于檢測在運行中由挺桿端部(4)施加于接合體上的力。根據本發明，將力傳感器(5)安裝在挺桿端部(4)的區域中，并具有傳感器電路(7)，用于通過近場遙測技術或遠場遙測技術無線傳輸測量數據。
文檔編號B30B15/00GK102470496SQ201080033291
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月7日 優先權日2009年7月22日
發明者丹尼爾·奧特, 喬治·沙夫納, 安德烈亞斯·基希海姆, 約亨·施奈德, 羅爾夫·蒂爾 申請人:基斯特勒控股公司