DE102015223142A1

DE102015223142A1 - Device with electrical machine and method for determining a value correlated with a torque of an electrical machine

Info

Publication number: DE102015223142A1
Application number: DE102015223142.9A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung (100) mit elektrischer Maschine (114), die dazu eingerichtet ist, einen Strom in der elektrischen Maschine (114) und wenigstens eine, einen Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment der elektrischen Maschine beeinflussende physikalische Messgröße zu ermitteln, und unter Berücksichtigung der wenigstens einen Messgröße aus dem Strom wenigstens eine mit einem von der elektrischen Maschine (114) erzeugten Drehmoment korrelierte Größe zu ermitteln, sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer solchen Größe.The invention relates to an apparatus (100) with an electrical machine (114) which is set up to determine a current in the electrical machine (114) and at least one physical measured quantity influencing a relationship between current and torque of the electrical machine, and taking into account the at least one measured variable from the current to determine at least one correlated with a torque generated by the electric machine (114) torque, and a method for determining such a size.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit elektrischer Maschine, die zur Ermittlung einer mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine korrelierten Größe eingerichtet ist, sowie ein Verfahren zur Ermittlung einer solchen Größe. The present invention relates to an electric machine device adapted to detect a magnitude correlated with a torque of the electric machine and a method for detecting such a quantity.

Stand der Technik State of the art

Bei Montagearbeiten, insbesondere im industriellen Bereich, kommen üblicherweise Montagewerkzeuge zum Einsatz, die einfach und flexibel handhabbar sind. Dazu können solche Montagewerkzeuge bspw. von einem Benutzer aufgenommen, benutzt und wieder zurückgelegt werden. Solche Montagewerkzeuge sind bspw. Schrauber, Nietgeräte, Stanzgeräte und dergleichen, wie sie bei entsprechenden Montagearbeiten benötigt werden. In assembly work, especially in the industrial sector, usually assembly tools are used, which are easy and flexible to handle. For this purpose, such assembly tools, for example. Received by a user, used and covered again. Such assembly tools are, for example, screwdrivers, riveting tools, punching devices and the like, as they are required for appropriate assembly work.

Weiterhin kommen in der industriellen Fertigung, bspw. im Automobilbau, auch stationäre Anlagen als Schraub-, Stanz- oder Nietgeräte zum Einsatz. Furthermore, in industrial manufacturing, for example. In the automotive industry, stationary systems are used as screwdriving, punching or riveting equipment.

Für eine gewisse Prozesssicherheit kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die mit dem Montagewerkzeug bzw. der Anlage durchzuführenden und/oder durchgeführten Montagevorgänge, bspw. das Festdrehen einer Schraube, bei jedem Montagevorgang möglichst gleich sind. For a certain process reliability, it may be advantageous if the assembly operations to be carried out and / or carried out with the assembly tool or the installation, for example the tightening of a screw, are as similar as possible during each assembly process.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Vorrichtung mit elektrischer Maschine und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a device with an electric machine and a method with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Im Rahmen der Erfindung wird ein Strom in der elektrischen Maschine und wenigstens eine, einen Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment beeinflussende physikalische Messgröße ermittelt. Weiterhin wird unter Berücksichtigung der wenigstens einen Messgröße aus dem Strom wenigstens eine mit einem von der elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment korrelierte Größe ermittelt. Bei der wenigstens einen Messgröße kann es sich insbesondere um eine Temperatur, bspw. der einer Wicklung, insbesondere einer Ständer- und/oder Läuferwicklung, der elektrischen Maschine, und/oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine handeln. Es sind jedoch auch weitere Größen denkbar, die einen Einfluss auf den Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment haben. In the context of the invention, a current in the electrical machine and at least one, a relationship between current and torque influencing physical quantity is determined. Furthermore, taking into account the at least one measured variable, at least one variable correlated with a torque generated by the electric machine is determined from the current. The at least one measured variable may in particular be a temperature, for example, that of a winding, in particular a stator winding and / or rotor winding, of the electric machine, and / or a rotational speed of the electrical machine. However, other sizes are also conceivable which have an influence on the relationship between current and torque.

Bei den eingangs erwähnten Montagegeräten bzw. Anlagen kann oftmals ein Drehmoment oder eine damit korrelierte Größe bei einem Montagevorgang vorgegeben, z.B. geregelt, werden. Bspw. kann ein Drehmoment, mit dem eine Schraube festgedreht werden soll, vorgegeben werden, so dass bei Verwendung eines Schraubers die Schraube nur bis zu dem vorgegebenen Drehmoment festgezogen wird. Die Ermittlung des aktuellen Drehmoments bzw. der damit korrelierten Größe kann dabei über eine Erfassung des Stroms in der elektrischen Maschine erfolgen. Hierbei wird ausgenutzt, dass bspw. das Drehmoment über die Drehmomentkonstante in der Regel proportional zum Strom ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass verschiedenen Messgrößen, so bspw. die Temperatur der Wicklung, einen Einfluss auf das Verhältnis bzw. den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Strom haben, d.h. die Drehmomentkonstante ist insbesondere temperaturabhängig. In the case of the above-mentioned assembly devices or systems, a torque or a variable correlated therewith can often be specified during a mounting operation, e.g. be managed. For example. a torque with which a screw should be tightened, can be specified, so that when using a screwdriver, the screw is tightened only to the predetermined torque. The determination of the current torque or the correlated therewith size can be done via a detection of the current in the electric machine. In this case, it is utilized that, for example, the torque via the torque constant is generally proportional to the current. However, it has been found that various measures, such as the temperature of the winding, have an influence on the relationship between torque and current, i. E. the torque constant is in particular temperature-dependent.

Ein solcher Zusammenhang kann näherungsweise als Funktion 1. Ordnung beschrieben werden, insbesondere als M = K_I·I·(K_T(T – T₀) + 1). Such a relationship can be described approximately as a function of the first order, in particular as M = K _I · I · (K _T (T - T ₀ ) + 1).

Hiermit kann ein Kalibrierungsfaktor K_I bei der Temperatur T₀ bestimmt und abgelegt werden. K_I ist die Proportionalitätskonstante, die das Verhältnis zwischen Strom I und Drehmoment M bei konstanter Temperatur T₀ einer elektrischen Maschine beschreibt. Ist T₀ = T, so ergibt sich M = K_I·I. Hereby, a calibration factor K _I at the temperature T ₀ can be determined and stored. K _I is the proportionality constant, which describes the relationship between current I and torque M at a constant temperature T _{0 of} an electric machine. If T ₀ = T, then M = K _I · I.

Die Proportionalitätskonstante K_T dient zur Ermittlung des temperaturabhängigen Teils des Drehmoments. Nun kann bei einer anderen Temperatur T_X der Strom I bei gleichem Drehmoment M ermittelt werden über K_T = (1/(T_x – T₀))·(M/(K_I·I) – 1). The proportionality constant K _T is used to determine the temperature-dependent part of the torque. Now, at another temperature T _X, the current I at the same torque M can be determined via K _T = (1 / (T _x -T ₀ )) * (M / (K _I * I) -1).

Anzumerken ist, dass auch die aktuelle Drehzahl einen Einfluss auf den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Strom haben kann, d.h. die Drehmomentkonstante kann auch drehzahlabhängig sein. Der Einfluss der Drehzahl auf den Strom der elektrischen Maschine macht sich besonders bei Änderungen der Drehzahl bemerkbar, wie dies sich gemäß der Formel M_dn = K_n(n_X – n₀)/(t_X – t₀) ergibt. M_dn gibt hier eine Drehmomentänderung an, während K_n einen Kalibrierungsfaktor darstellt. Mit n_x und n₀ bzw. t_x und t₀ sind die Drehzahlen bzw. Zeitpunkte zu einem Messpunkt x im Verhältnis zu einem Bezugspunkt 0 bezeichnet. Bei konstanter Drehzahl kann der Einfluss jedoch vernachlässigt werden, d.h. M ~ f(n). It should be noted that the current speed can also have an influence on the relationship between torque and current, ie the torque constant can also be speed-dependent. The influence of the speed on the current of the electric machine is particularly noticeable when the speed changes, as can be seen in the formula M _dn = K _n (n _X -n ₀ ) / (t _X -t ₀ ) results. M _dn indicates a torque change here, while K _{n represents} a calibration factor. With n _x and n ₀ or t _x and t ₀ , the rotational speeds or points in time to a measuring point x in relation to a reference point 0 are designated. At constant speed, however, the influence can be neglected, ie M ~ f (n).

Mit der Erfindung ist es daher nun möglich, unabhängig von der aktuellen Temperatur der Wicklung und der Drehzahl der elektrischen Maschine und damit unabhängig von einer aktuellen Betriebstemperatur der Vorrichtung, möglichst genau das aktuelle Drehmoment zu bestimmen und damit auch möglichst genau ein gewünschtes Drehmoment zu erzeugen. Ein Aufwärmen der Vorrichtung auf Betriebstemperatur, um Einflüsse der Temperatur auf das ermittelte und damit das erzeugte Drehmoment bzw. einer damit korrelierten Größe zu vermeiden, ist damit nicht mehr nötig. Dies bedeutet, dass bspw. Montagearbeiten schneller durchgeführt bzw. früher begonnen werden können. With the invention, it is therefore possible, regardless of the current temperature of the winding and the rotational speed of the electric machine and thus independent of a current operating temperature of the device to determine as accurately as possible the current torque and thus to produce as accurately as possible a desired torque. A warming of the device to operating temperature, to avoid influences of the temperature on the determined and thus the generated torque or a correlated therewith size, so that is no longer necessary. This means that, for example, installation work can be performed faster or started earlier.

Vorzugsweise wird die wenigstens eine Messgröße mittels wenigstens eines Kalibrierungsfaktors berücksichtigt, der vorzugsweise in der Vorrichtung hinterlegt ist. Ein solcher Kalibrierungsfaktor kann bspw. in einem Speicher eine Steuereinheit der Vorrichtung hinterlegt sein. Ein bevorzugter Kalibrierungsfaktor gibt insbesondere den Einfluss der Messgröße auf den Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment wieder. Durch Verwendung beispielsweise eines Temperatur-Kalibrierungsfaktors, bspw. K_T, ist es möglich, die genaue Temperaturabhängigkeit einer bestimmten Vorrichtung, die bspw. durch Testmessungen ermittelt werden kann, sehr einfach zu berücksichtigen, indem der jeweilige Kalibrierungsfaktor in der jeweiligen Vorrichtung hinterlegt wird. Über einen weiteren Kalibrierungsfaktor, bspw. K_I, können Unterschiede zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die bspw. aus verschiedenen elektrischen Maschinen resultieren, insbesondere deren Wicklungen, angepasst werden. Es ergibt sich somit analog zu obigen Formeln: M = I·K_I·(1 – (T – T₁)K_T). Preferably, the at least one measured variable is taken into account by means of at least one calibration factor, which is preferably stored in the device. Such a calibration factor may, for example, be stored in a memory of a control unit of the device. In particular, a preferred calibration factor reflects the influence of the measured variable on the relationship between current and torque. By using, for example, a temperature calibration factor, for example K _T , it is possible to very easily take into account the exact temperature dependence of a particular device, which can be determined, for example, by test measurements, by storing the respective calibration factor in the respective device. By way of a further calibration factor, for example K _I , differences between different devices which, for example, result from different electrical machines, in particular their windings, can be adjusted. The result is therefore analogous to the above formulas: M = I * K _I * (1 - (T - T ₁ ) K _T ).

Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Temperatursensor, insbesondere an und/oder in der Wicklung, vorgesehen, und die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, die Temperatur mittels des wenigstens einen Temperatursensors zu ermitteln. Temperatursensoren ermöglichen eine einfache, genaue und kostengünstige Ermittlung der Temperatur und können aufgrund ihrer geringen Abmessungen auch sehr einfach in bzw. an der Wicklung angebracht werden. Es kann auch ein Drehzahlsensor zur Ermittlung der Drehzahl vorgesehen sein, womit eine einfache und schnelle Drehzahlbestimmung möglich ist. Besonders einfach und kostengünstig kann hierbei ein Drehgeber oder Inkrementalgeber verwendet werden. Advantageously, at least one temperature sensor, in particular on and / or in the winding, is provided, and the device is set up to determine the temperature by means of the at least one temperature sensor. Temperature sensors allow a simple, accurate and cost-effective determination of the temperature and can also be very easily mounted in or on the winding due to their small dimensions. It can also be provided a speed sensor for determining the speed, whereby a simple and fast speed determination is possible. Particularly simple and inexpensive, a rotary encoder or incremental encoder can be used here.

Es ist von Vorteil, wenn als die wenigstens eine mit dem Drehmoment korrelierte Größe ein Drehmoment, eine Kraft und/oder ein Druck ermittelt werden. Bei dem Drehmoment kann es sich bspw. sowohl um das direkt von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment selbst als auch um ein übersetztes Drehmoment handeln. Zwar handelt es sich bei dem Drehmoment um die direkt von der elektrischen Maschine erzeugte Größe, die ggf. über eine Übersetzung verwendet wird. Jedoch kann es auch vorgesehen sein, durch eine geeignete Mechanik oder Ähnliches das Drehmoment in eine Kraft bzw. einen Druck zu übersetzen, welche bzw. welcher für eine Aufgabe verwendet wird. It is advantageous if a torque, a force and / or a pressure are determined as the at least one quantity correlated with the torque. The torque may be, for example, both the torque generated directly by the electric machine itself and a translated torque. It is true that the torque is the quantity generated directly by the electric machine, which may be used via a gear ratio. However, it may also be provided to translate the torque into a force or pressure used by a suitable mechanism or the like, which is used for a task.

Vorzugsweise wird die ermittelte, wenigstens eine mit dem Drehmoment korrelierte Größe als Istwert zur Regelung und/oder zur Begrenzung eines mittels der Vorrichtung zu erzeugenden Sollwerts der wenigstens einen Größe verwendet. Wie bereits eingangs erwähnt, kann für viele Anwendungen vorgesehen sein, bspw. ein bestimmtes Drehmoment abzugeben, insbesondere minimal und/oder maximal ein bestimmtes Drehmoment abzugeben. Ein solches bestimmtes Drehmoment kann durch die vorgeschlagene Vorrichtung sehr genau erzeugt werden, zumal die Temperaturabhängigkeit bei niedrigen Temperaturen, wie sie bei Beginn der Verwendung der Vorrichtung auftreten, zu einem zu niedrig berechneten und damit zu einem zu hohen erzeugten Drehmoment führen kann. The ascertained variable, which is at least correlated with the torque, is preferably used as an actual value for regulating and / or limiting a desired value of the at least one variable to be generated by means of the device. As already mentioned, it can be provided for many applications, for example, to deliver a specific torque, in particular to deliver a minimum and / or maximum torque. Such a certain torque can be generated very accurately by the proposed device, especially since the temperature dependence at low temperatures, as they occur at the beginning of use of the device, can lead to a too low calculated and thus to a high torque generated.

Durch zusätzliche Berücksichtigung von Drehzahländerungen können temporäre Einflüsse auf die Stromaufnahme und damit auf das ermittelte Drehmoment kompensiert werden. Findet die Drehmomentermittlung bei konstanter Drehzahl statt, kann in der Praxis der Drehmomentanteil durch Beschleunigung oder Abbremsen der elektrischen Maschine vernachlässigt werden. By additionally taking into account speed changes, temporary influences on the current consumption and thus on the determined torque can be compensated. If the torque determination takes place at constant speed, in practice the torque component due to acceleration or deceleration of the electrical machine can be neglected.

Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung als Schraubgerät, Nietgerät oder Stanzgerät ausgebildet, insbesondere als Handwerkzeug oder als stationär zu verwendende Anlage. Wie bereits erwähnt, handelt es sich hierbei um häufig verwendete Geräte, die eine Regelung oder Bestimmung des Drehmoments bzw. einer damit korrelierten Größe verlangen. Bei einem Niet- bzw. Stanzgerät wird hierbei in der Regel eine Kraft als die mit dem Drehmoment korrelierte Größe ermittelt. Conveniently, the device is designed as a screwdriver, riveting or punching device, in particular as a hand tool or stationary to be used plant. As already mentioned, these are frequently used devices which require regulation or determination of the torque or a variable correlated therewith. In the case of a riveting or punching device, a force is usually determined here as the variable correlated with the torque.

Zweckmäßigerweise umfasst die wenigstens eine mit dem Drehmoment korrelierte Größe ein Drehmoment, eine Kraft und/oder einen Druck. Conveniently, the at least one quantity correlated with the torque comprises a torque, a force and / or a pressure.

Vorzugsweise wird die elektrische Maschine bei einem Schraubgerät, einem Nietgerät oder einem Stanzgerät verwendet. Preferably, the electric machine is used in a screwdriver, a riveting tool or a punching device.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the above-mentioned and those to be explained below Characteristics can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform. 1 shows schematically a device according to the invention in a preferred embodiment.

2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 2 schematically shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist eine Vorrichtung 100, hier beispielhaft in Form eines Schraubers als Handwerkzeug, dargestellt, die zur Durchführung von Schraubaufgaben dient und ein Gehäuse 110 umfasst. Das Gehäuse 110 wiederum enthält einen Abtrieb 111, ein Getriebe 113 und einen Motor bzw. eine elektrischen Maschine 114. Zum Betrieb bzw. zur elektrischen Versorgung der elektrischen Maschine ist zudem ein Leistungsteil 125 vorgesehen. Weiterhin ist ein Akku 130 zur Stromversorgung des Schraubers vorgesehen. In 1 is a device 100 , shown here by way of example in the form of a screwdriver as a hand tool, which serves to carry out screwing tasks and a housing 110 includes. The housing 110 again contains a downforce 111 , a gearbox 113 and a motor or an electric machine 114 , For operation or for electrical supply of the electrical machine is also a power unit 125 intended. Furthermore, there is a battery 130 intended to power the screwdriver.

Die elektrische Maschine 114 wiederum bzw. deren Ständer weist eine Statorwicklung 115 zur Erzeugung eines Magnetfeldes und einen, insbesondere permanenterregten, Rotor 120 auf. Der Rotor 120 ist über das Getriebe und eine Welle 112 mit dem Abtrieb 111 drehmomentübertragend gekoppelt. Der Abtrieb 111 ist somit mittels der elektrischen Maschine 114 antreibbar. The electric machine 114 in turn, or its stator has a stator winding 115 for generating a magnetic field and a, in particular permanently excited, rotor 120 on. The rotor 120 is about the gearbox and a shaft 112 with the downforce 111 coupled torque transmitting. The downforce 111 is thus by means of the electric machine 114 drivable.

In dem Gehäuse 110 des Schraubers 100 ist weiterhin bspw. ein integriertes Schraubprozesssteuermittel 116 zur Durchführung eines in sich vollständig abgeschlossenen Prozesses angeordnet. Das Schraubprozesssteuermittel 116 umfasst als Komponenten einen Mikroprozessor 117 mit Speicher 117a und vorzugsweise zusätzlich einen Servoverstärker 119. Der Mikroprozessor 117 ist dazu eingerichtet, über den Leistungsteil 125, bspw. mit einer Endstufe, die elektrische Maschine 114 anzusteuern. In the case 110 the screwdriver 100 is also, for example, an integrated Schraubprozesssteuermittel 116 arranged to carry out a completely self-contained process. The screw process control means 116 includes as components a microprocessor 117 with memory 117a and preferably additionally a servo amplifier 119 , The microprocessor 117 is set up via the power section 125 , for example, with an amplifier, the electric machine 114 head for.

Die elektrische Maschine 114 kann unter Berücksichtigung eines von der elektrischen Maschine 114 erzeugten (Ist-)Drehmoments und bspw. einer Rotorlage mittels eines vom Mikroprozessor 117 ausführbaren Schraubprogramms gesteuert werden. Der Mikroprozessor 117 liest das Schraubprogramm bzw. die nötigen Prozessschritte bspw. aus dem Speicher 117a aus. The electric machine 114 may be considering one of the electric machine 114 generated (actual) torque and, for example, a rotor position by means of a microprocessor 117 controlled screwing program. The microprocessor 117 reads the tightening program or the necessary process steps, for example, from the memory 117a out.

Das von der elektrischen Maschine 114 erzeugte Drehmoment kann aus einem Strom, der in der elektrischen Maschine 114 fließt, ermittelt werden. Der Strom kann hierbei bspw. mittels einer Strommesseinrichtung 122, die bspw. im Leistungsteil 125 vorgesehen ist, ermittelt werden. Das Drehmoment ist dabei in der Regel proportional zum Strom. Hierbei sind bspw. die genauen Spezifikationen der elektrischen Maschine zu berücksichtigen. That of the electric machine 114 Torque generated can be from a current flowing in the electric machine 114 flows, be determined. The current can in this case, for example. By means of a current measuring device 122 , for example, in the power section 125 is intended to be determined. The torque is usually proportional to the current. Here are, for example, the exact specifications of the electrical machine to be considered.

Weiterhin ist nun ein Temperatursensor 121 an der Statorwicklung 115 der elektrischen Maschine vorgesehen, mit dem eine Temperatur der Statorwicklung 115 ermittelt werden kann. Hierzu kann bspw. der Mikroprozessor 117 zum Auslesen des Temperatursensors 121 verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Temperatur der Statorwicklung 115 kann nun das aus dem Strom in der elektrischen Maschine 114 ermittelte Drehmoment korrigiert werden. Für eine detailliertere Erläuterung hierzu sei auf 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Furthermore, now is a temperature sensor 121 on the stator winding 115 the electrical machine provided with a temperature of the stator winding 115 can be determined. For this purpose, for example, the microprocessor 117 for reading the temperature sensor 121 be used. Taking into account the temperature of the stator winding 115 Now that's out of the electricity in the electric machine 114 determined torque can be corrected. For a more detailed explanation, please see 2 and the related description.

Zusätzlich ist ein Drehzahlsensor 126 an der Welle des Rotors 120 der elektrischen Maschine 114 vorgesehen, mit dem eine Drehzahl des Rotors 120 ermittelt werden kann. Hierzu kann bspw. der Mikroprozessor 117 zum Auslesen des Drehzahlsensors 126 direkt oder indirekt über das Leistungsteil 125 verwendet werden. Unter Berücksichtigung von Drehzahländerungen können temporäre Einflüsse auf den Strom in der elektrischen Maschine 114 berücksichtigt und damit das ermittelte Drehmoment korrigiert werden. Für eine detailliertere Erläuterung hierzu sei auf 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. In addition, there is a speed sensor 126 on the shaft of the rotor 120 the electric machine 114 provided with a speed of the rotor 120 can be determined. For this purpose, for example, the microprocessor 117 for reading the speed sensor 126 directly or indirectly via the power unit 125 be used. Taking into account speed changes may have temporary effects on the current in the electric machine 114 taken into account and thus the determined torque can be corrected. For a more detailed explanation, please see 2 and the related description.

Weiterhin steht bspw. ein Display 124 zur Verfügung. Auf diesem können bspw. verschiedene Informationen, insbesondere über den aktuellen, abzuarbeiten Prozess für den Bediener angezeigt werden. Furthermore, for example, is a display 124 to disposal. On this example, various information, in particular about the current process to be processed for the operator can be displayed.

In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der Ablauf ist hier beispielhaft anhand der in 1 gezeigten Vorrichtung in Form eines Schraubers bzw. deren Komponenten gezeigt. In 2 schematically a flow of a method according to the invention is shown in a preferred embodiment. The procedure is here exemplarily on the basis of in 1 shown device in the form of a screwdriver or its components.

Über den Leistungsteil 125 kann ein Strom I für die elektrische Maschine 114 bereitgestellt werden. Die elektrische Maschine 114 wird somit mit dem Strom I betrieben und erzeugt auf diese Weise ein Drehmoment M, welches bspw. auf eine Schraube 200 übertragen wird bzw. mit welchem eine Schraube eingeschraubt werden kann. About the power section 125 can be a current I for the electric machine 114 to be provided. The electric machine 114 is thus operated with the current I and generates in this way a torque M, which, for example. On a screw 200 is transmitted or with which a screw can be screwed.

Mittels der Strommesseinrichtung 122 kann nun der Strom I gemessen werden. Aus dem Strom I könnte nun auf ein Drehmoment geschlossen werden, welches von der elektrischen Maschine 114 bei einer bestimmten Temperatur erzeugt wird. Mit anderen Worten könnte allein durch den Strom I nicht auf ein tatsächliches, temperaturunabhängiges Drehmoment geschlossen werden. By means of the current measuring device 122 Now the current I can be measured. From the current I could now be closed to a torque which from the electric machine 114 generated at a certain temperature. In other words, only the current I could not be used to conclude an actual, temperature-independent torque.

Es wird nun weiterhin mittels des Temperatursensors 121 die Temperatur T der Wicklung der elektrischen Maschine 114 ermittelt bzw. gemessen. Zudem wird mittels des Drehzahlsensors 126 die Drehzahl n ermittelt bzw. gemessen. Unter Berücksichtigung der Temperatur T und der Drehzahl n kann nun aus dem Strom I ein temperatur- und ggf. drehzahlabhängiges Drehmoment ermittelt werden, welches von der elektrischen Maschine 114 erzeugt wird. It will now continue by means of the temperature sensor 121 the temperature T of the winding of the electric machine 114 determined or measured. In addition, by means of the speed sensor 126 the speed n is determined or measured. Taking into account the temperature T and the rotational speed n, it is now possible to determine from the current I a temperature and possibly rotational speed-dependent torque which is generated by the electric machine 114 is produced.

Während das Gesamtdrehmoment sich idealerweise durch Berücksichtigung einer Proportionalitätskonstante k gemäß der Formel M = k·I beschreiben lässt, kann der temperaturabhängige Teil M_T des Drehmoments unter der Berücksichtigung der Temperatur T gemäß der Formel M_T = K_T·I·f(T) beschrieben werden. Der drehzahlabhängige Teil M_n des Drehmoments kann unter Berücksichtigung der Drehzahl n gemäß der Formel M_n = K_n·I·f(n) beschrieben werden. Wobei es sich bei M_T und M_n um kein Drehmoment im physikalischen Sinne handelt, sondern um eine Modelhafte Größe zur einfacheren Beschreibung der modellierten Zusammenhänge. While the total torque can ideally be described by taking into account a proportionality constant k according to the formula M = k · I, the temperature-dependent part M _{T of} the torque can be calculated taking into account the temperature T according to the formula M _T = K _T * I * f (T) to be discribed. The speed-dependent part M _{n of} the torque can be described in consideration of the rotational speed n according to the formula M _n = K _n * I * f (n). Where M _T and M _n are not a torque in the physical sense, but rather a model-like size for a simpler description of the modeled relationships.

Das Gesamtdrehmoment M ergibt sich aus der Summe von bspw. an die Schraube abgegebenem Drehmoment M_O und temperaturabhängigen Drehmoment M_T und oder drehzahlabhängigen Drehmoment M_n und oder weiterer Einflussgrößen in der Art M = M_O + M_T + M_n + M_y + .... Das Gesamtdrehmoment kann wie eingangs beschrieben über den Strom I aus Strommesseinrichtung 122 durch Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen, die den Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment beeinflussen, ermittelt werden. The total moment M follows from the sum of, for example, the screw torque discharged M _O and the temperature-dependent torque M and _T or speed-dependent torque M _n and or other factors in the type M = M _O + M _T + M _n + M _y + .... The total torque can, as described above on the current I from current measuring device 122 by taking into account other influencing factors which influence the relationship between current and torque.

Das auf diese Weise gesuchte Drehmoment M_O = M – M_T – M_n – M_y – .... entspricht dabei dem tatsächlich von der elektrischen Maschine erzeugten bzw. auf die Schraube abgegebenen Drehmoment. Es versteht sich, dass hierbei eventuelle Umrechnungsfaktoren, bspw. aufgrund eines Getriebes im Sinne eines Drehmomentwandlers, welche in der Regel konstante Faktoren sind, zu berücksichtigen sind. The torque M _O = M-M _T -M _n -M _y -.... which is sought in this way corresponds to the torque actually generated by the electric machine or delivered to the screw. It is understood that in this case any conversion factors, for example, due to a transmission in the sense of a torque converter, which are usually constant factors, are taken into account.

Durch die dargestellte Beziehung kann M_O nach folgender Formel berechnet werden: M_O = M – M_T – M_n – M_y – ... = I·K_I – K_I·I·f(T) – K_n·I·f(n) – K_y·I·f(y) – ... By the relationship shown, M _O can be calculated according to the following formula: M _O = M-M _T -M _n -M _y -... = I * K _I -K _I * I * f (T) _-Kn * I * f (n) _-Ky * I * f ( y) - ...

Der Einfachheit halber sollen hier nur die Einflussgrößen Temperatur und Drehzahl berücksichtigt werden. For the sake of simplicity, only the influencing variables of temperature and rotational speed are to be taken into account here.

Mit f(T) ist hierbei eine temperaturabhängige Funktion bezeichnet, die den Einfluss der Temperatur T der Wicklung der elektrischen Maschine auf das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment angibt. Diese Funktion kann bspw. anhand von Testmessungen ermittelt werden. Die Funktion 1. Ordnung hat beispielsweise die Form f(T) = (T – T₁)·K_T + b, wobei K_T ein Kalibrierungsfaktor und b = 0 ist. Funktionen höherer Ordnung sind ebenfalls denkbar. In this case, f (T) denotes a temperature-dependent function which indicates the influence of the temperature T of the winding of the electric machine on the torque generated by the electric machine. This function can be determined, for example, by means of test measurements. For example, the first order function has the form f (T) = (T - T ₁ ) · K _T + b, where K _{T is} a calibration factor and b = 0. Higher-order functions are also conceivable.

Diese Funktion f(T) kann dann zusammen mit und durch Hinterlegen des Kalibrierungsfaktors K_T in der Vorrichtung 100, bspw. in dem Speicher 117a, hinterlegt werden. Dies kann bspw. im Rahmen einer Parametrierung erfolgen. This function f (T) can then be combined with and by storing the calibration factor K _T in the device 100 in the memory, for example 117a to be deposited. This can be done, for example, as part of a parameterization.

Mit f(n) ist hierbei eine drehzahlabhängige Funktion bezeichnet, die einen Einfluss der Drehzahländerung ∆n der Welle 112 oder des Rotors 120 der elektrischen Maschine auf das von der elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment angibt. Diese Funktion kann ebenfalls bspw. anhand von Testmessungen ermittelt werden. Die Funktion hat beispielsweise wie eingangs beschrieben die Form f(n, t) = K_n(n_X – n₀)/(t_X – t₀), wobei K_n ein Kalibrierungsfaktor ist. Es ist ersichtlich dass bei konstanter Drehzahl der Ausdruck zu 0 wird. In this case, f (n) designates a speed-dependent function which influences the rotational speed change Δn of the shaft 112 or the rotor 120 indicates the electric machine to the output from the electric machine torque. This function can also be determined, for example, by means of test measurements. For example, as described in the introduction, the function has the form f (n, t) = K _n (n _X -n ₀ ) / (t _X -t ₀ ), where K _{n is} a calibration factor. It can be seen that at constant speed the expression becomes 0.

Die Funktion f(n) kann ebenfalls zusammen mit und durch Hinterlegen eines weiteren Kalibrierungsfaktors K_n in der Vorrichtung 100, bspw. in dem Speicher 117a, hinterlegt werden. Dies kann bspw. im Rahmen einer Parametrierung erfolgen. The function f (n) can also be used together with and by storing a further calibration factor K _n in the device 100 in the memory, for example 117a to be deposited. This can be done, for example, as part of a parameterization.

Der Kalibrierungsfaktor kann dann gerätespezifisch in der Vorrichtung, also bspw. dem Schrauber, hinterlegt werden. Auf diese Weise kann mit dem Schrauber unabhängig von der aktuellen Betriebstemperatur immer ein gleicher Sollwert für das Drehmoment abgegeben werden. The calibration factor can then be stored device-specific in the device, ie, for example, the screwdriver. In this way, regardless of the current operating temperature, an equal setpoint for the torque can always be output with the screwdriver.

Es versteht sich, dass bei anderen Vorrichtungen, bspw. einem Stanzgerät, bspw. auch anstatt des Drehmomentes direkt die Kraft unter Berücksichtigung der Temperatur, der Drehzahl und oder weiterer Einflussgrößen ermittelt werden kann. It is understood that in other devices, for example. A punching device, for example. Instead of the torque directly the force can be determined taking into account the temperature, the speed and or other factors influencing.

Claims

Contraption ( 100 ) with electrical machine ( 114 ), which is adapted to generate a current (I) in the electric machine ( 114 ) and at least one, determining a relationship between current and torque of the electrical machine influencing physical measured variable, and taking into account the at least one measured variable from the stream (I) at least one with one of the electrical machine ( 114 ) generated torque correlated size (M) to determine.

Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the at least one, the relationship between current and torque affecting physical quantity a temperature (T), in particular a temperature of a winding of the electric machine ( 114 ) and / or a rotational speed (n) of the electrical machine ( 114 ).

Contraption ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein at least one calibration factor in the device ( 100 ) and the device ( 110 ) is adapted to the at least one measured variable by means of the at least one calibration factor in the determination of the at least one with the of the electrical machine ( 114 ) torque to be considered correlated size (M).

Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, comprising at least one sensor, wherein the device ( 100 ) is adapted to determine the at least one measured variable by means of the at least one sensor.

Contraption ( 100 ) according to claim 4 in reference to at least claim 2, wherein the at least one sensor is a temperature sensor ( 121 ), in particular on and / or in the winding ( 115 ), for determining the temperature (T) and / or a speed sensor ( 126 ) for determining the rotational speed.

Contraption ( 100 ) according to any one of the preceding claims, further adapted to determine as the at least one torque correlated quantity (M) a torque, a force and / or a pressure.

Contraption ( 100 ) one of the preceding claims, which is further adapted to the determined, at least one torque-correlated variable (M) as an actual value for controlling and / or limiting a means of the device ( 100 ) to be generated to be generated setpoint of at least one size (M).

Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, which is designed as a screwdriver, riveting or punching device.

Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, which is designed as a hand tool or stationary to be used plant.

Method for determining at least one of an electrical machine ( 114 ) torque correlated magnitude (M), wherein a current (I) in the electric machine ( 114 ) and at least one, a relationship between the current and torque of the electrical machine influencing physical quantity are determined, and wherein the size (M) is determined taking into account the at least one measured variable from the stream (I).

The method of claim 10, wherein as the at least one, the relationship between current and torque of the electrical machine influencing physical variable a temperature (T), in particular a temperature of a winding of the electric machine ( 114 ) and / or a rotational speed (n) of the electrical machine ( 114 ) is used.

The method of claim 10 or 11, wherein the at least one measured variable is taken into account by means of at least one calibration factor.

The method of claim 10, 11 or 12, wherein the at least one measured variable is determined by means of at least one sensor.

Method according to claim 13 in reference to at least claim 11, wherein a temperature (T), in particular a temperature of a winding, of the electric machine ( 114 ), as the at least one measured variable by means of a temperature sensor ( 121 ) is determined and / or wherein a rotational speed (n) of the electric machine ( 114 ) as the at least one measured variable by means of a rotational speed sensor ( 126 ) is determined.

The method of any one of claims 10 to 14, wherein the at least one torque correlated quantity (M) comprises torque, force, and / or pressure.

Method according to one of claims 10 to 15, wherein the electric machine ( 114 ) is used in a screwdriver, a riveter or a punching device.