專利名稱:電動(dòng)螺絲刀的制作方法
電動(dòng)螺絲刀 本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述類型的電動(dòng)螺絲刀(Kraftschrauber)。
背景技術(shù):
在DE 23 26 027 A中記載了一種靠電源電壓工作的螺絲刀,其提供預(yù)定的轉(zhuǎn)矩給定值。螺絲刀所施加的轉(zhuǎn)矩間接地通過流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流來檢測(cè)。由于連接著電源,電動(dòng)機(jī)的工作電壓被認(rèn)為是始終相同且恒定。只要尚未達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值,螺絲刀就以最大可能的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),該轉(zhuǎn)速取決于有待施加的轉(zhuǎn)矩給定值。由于螺絲刀的旋轉(zhuǎn)部件如電動(dòng)機(jī)特別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性,在達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值之后,旋擰連接部件基于慣性運(yùn)動(dòng)(Nachlauf)還要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 DE 103 41 975 Al考慮到了在DE 23 26 027 Al中由于在達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值時(shí)螺絲刀的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)的問題。其中記載了一種用于例如在靠蓄電池工作的螺絲刀中所使用的電動(dòng)機(jī)的電子的轉(zhuǎn)矩限制裝置。電子的轉(zhuǎn)矩限制部件基于如下做法將流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流考慮用作轉(zhuǎn)矩的量度。這種做法已表明并不精確,因?yàn)樘貏e是在轉(zhuǎn)速較高情況下,在切斷電動(dòng)機(jī)之后由于旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)能,會(huì)出現(xiàn)慣性運(yùn)動(dòng),結(jié)果表明,旋擰連接部件的轉(zhuǎn)矩高于預(yù)
定的轉(zhuǎn)矩給定值。為了避免基于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性或動(dòng)力特性的轉(zhuǎn)矩峰值,提出根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來確定允許的電動(dòng)機(jī)電流的最大值。根據(jù)一實(shí)施例,所確定的轉(zhuǎn)矩給定值被換算成電動(dòng)機(jī)電流的最大值。電動(dòng)機(jī)電流的最大值被設(shè)定得越大,電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速就越低。
在EP 0 187 353 A2中記載了一種螺絲刀,其電動(dòng)機(jī)由交流電壓源供電。根據(jù)一種認(rèn)識(shí),電動(dòng)機(jī)在負(fù)載下在靜止?fàn)顟B(tài)下提供最大的一定的轉(zhuǎn)矩,其中該轉(zhuǎn)矩取決于所提供的電壓,或者取決于負(fù)載電流,負(fù)載電流相應(yīng)于相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)特性曲線。旋擰機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩給定值在轉(zhuǎn)速較小時(shí)或者甚至在螺絲刀靜止時(shí)就達(dá)到了,從而避免了由于慣性運(yùn)動(dòng)而超過轉(zhuǎn)矩給定值。 另外設(shè)有一種補(bǔ)償電路,該補(bǔ)償電路能夠補(bǔ)償電源電壓的波動(dòng),以便消除對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值的影響。當(dāng)供電電壓下降時(shí),觸發(fā)三極管控制器的相位角增大,從而在電動(dòng)機(jī)上施加較高的平均電壓。 在DE 196 26 731 Al中記載了一種靠蓄電池工作的小型螺絲刀,其含有開關(guān)部件,該開關(guān)部件通過短路來切斷電動(dòng)機(jī)。開關(guān)部件受深度限制器(Tiefenanschlag)操縱。
通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的突然制動(dòng),避免了超調(diào)(tjberschwingen )。但在此需要考慮到,只有當(dāng)有待輸出的轉(zhuǎn)矩比較小例如至多為100Nm且電動(dòng)機(jī)功率較小時(shí),才可以使得電動(dòng)機(jī)如此
短路,因?yàn)榧词箤?duì)于功率較小的電動(dòng)機(jī)而言,在高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)被短路的情況下,也必須考慮到顯著的短路電流和與此相關(guān)的電磁干擾。短路電流既會(huì)使得被實(shí)現(xiàn)為直流電動(dòng)機(jī)的
電動(dòng)機(jī)的換向器(Kollktor)顯著加載,又會(huì)使得用于將電動(dòng)機(jī)短路的開關(guān)部件顯著加載。
在DE 103 45 135 Al中記載了一種小型的靠蓄電池工作的螺絲刀,該螺絲刀為了供應(yīng)能量而含有鋰離子蓄電池。 在DE 201 13 184 Ul中,例如在DE 196 47 813 Al中說明了一種被設(shè)計(jì)成手持式工具的電動(dòng)地驅(qū)動(dòng)的螺絲刀,其分別具有支撐臂,支撐臂用于在旋擰連接部件被擰緊或松開時(shí)提供反轉(zhuǎn)矩。 這種螺絲刀稱為電動(dòng)螺絲刀,因?yàn)樗峁┑霓D(zhuǎn)矩最多例如可以為10, OOONm,所述轉(zhuǎn)矩在沒有支撐臂的情況下不可能由電動(dòng)螺絲刀的操作人員施加。在旋擰過程中隨著轉(zhuǎn)矩的增加,支撐臂彈性地變形,由此使得支撐臂吸收能量。在旋擰過程中,支撐臂將螺絲刀夾緊在旋擰連接部件上。支撐臂通過變形不僅吸收在旋擰過程中產(chǎn)生的能量,而且吸收在切斷電動(dòng)螺絲刀之后在旋轉(zhuǎn)的部件例如電動(dòng)機(jī)特別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中仍然存在的旋轉(zhuǎn)能量。
在DE 196 20 782 Al中說明了一種用于制造旋擰連接部件的方法,其中作為梯度來檢測(cè)轉(zhuǎn)矩的時(shí)間變化曲線。在第一和第二轉(zhuǎn)矩上升部分之間進(jìn)行區(qū)分,其中第一轉(zhuǎn)矩上升部分對(duì)應(yīng)于螺紋切削過程,第二轉(zhuǎn)矩上升部分對(duì)應(yīng)于旋擰連接部件的擰緊。如果第二轉(zhuǎn)矩梯度減小,則這種情況被分析為螺紋變形,并切斷螺絲刀。 本發(fā)明的目的在于,提出一種電動(dòng)螺絲刀,特別是靠蓄電池工作的電動(dòng)螺絲刀,其能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)到用于旋擰連接部件的預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩給定值,而沒有轉(zhuǎn)矩超調(diào)的危險(xiǎn)。
該目的通過在獨(dú)立權(quán)利要求中所述的特征得以實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀具有作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩給定值預(yù)設(shè)部件、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部件、轉(zhuǎn)矩梯度求取部件和電動(dòng)機(jī)控制器,電動(dòng)機(jī)控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩梯度來控制電動(dòng)機(jī)。設(shè)置有提供轉(zhuǎn)矩閾值的轉(zhuǎn)矩閾值確定部件,該轉(zhuǎn)矩閾值取決于轉(zhuǎn)矩梯度且位于轉(zhuǎn)矩給定值以下。如果轉(zhuǎn)矩實(shí)際值超過了轉(zhuǎn)矩閾值,則電動(dòng)機(jī)控制器使得電動(dòng)機(jī)減小轉(zhuǎn)速,或者已經(jīng)完全切斷電動(dòng)機(jī)。 本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀能夠借助轉(zhuǎn)矩梯度求取部件實(shí)現(xiàn)在硬的旋擰情況和軟的旋擰情況之間進(jìn)行區(qū)分?;谒笕〉霓D(zhuǎn)矩梯度和調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件能夠在轉(zhuǎn)矩給定值以下目標(biāo)明確地確定轉(zhuǎn)矩閾值,從而能夠在超過轉(zhuǎn)矩閾值之后通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小或完全切斷來避免轉(zhuǎn)矩超調(diào)。 本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的有利的改進(jìn)和設(shè)計(jì)可由從屬權(quán)利要求得到。 根據(jù)一種設(shè)計(jì),當(dāng)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值低于轉(zhuǎn)矩閾值時(shí),電動(dòng)機(jī)控制器給電動(dòng)機(jī)預(yù)先設(shè)定
最大可能的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。因而給電動(dòng)機(jī)提供了最大可能的功率,其中在給定的負(fù)載條件下
調(diào)節(jié)最大可能的轉(zhuǎn)速。采取該措施能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生螺旋連接,而不會(huì)存在轉(zhuǎn)
矩超調(diào)的危險(xiǎn)。 根據(jù)一種設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)矩閾值確定部件根據(jù)轉(zhuǎn)矩梯度來確定轉(zhuǎn)矩給定值與轉(zhuǎn)矩閾值之間的差。采取該措施可以考慮從軟的到硬的全部旋擰情況。轉(zhuǎn)矩閾值確定部件確定的差值在轉(zhuǎn)矩梯度較大時(shí)要比轉(zhuǎn)矩梯度較小時(shí)大,從而無論在硬的旋擰情況下還是在軟的旋擰情況下,都能避免轉(zhuǎn)矩超調(diào)。 根據(jù)一種設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)矩閾值確定部件含有表格,在該表格中存儲(chǔ)有用于確定轉(zhuǎn)矩閾值的轉(zhuǎn)矩梯度和轉(zhuǎn)矩給定值。替代地,可以規(guī)定轉(zhuǎn)矩閾值確定部件基于所求得的轉(zhuǎn)矩梯度、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值和調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值來推知轉(zhuǎn)矩閾值。 另一種設(shè)計(jì)規(guī)定了一種電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器,其檢測(cè)作為轉(zhuǎn)矩實(shí)際值的量度的電動(dòng)機(jī)電流。電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器例如可以被實(shí)現(xiàn)為低歐姆的分流器,該分流器相比于電磁的電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器可成本低廉地實(shí)現(xiàn)。
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另一種設(shè)計(jì)規(guī)定了一種數(shù)據(jù)載體,在該數(shù)據(jù)載體中存儲(chǔ)有旋擰連接部件的特征值,和/或該數(shù)據(jù)載體被設(shè)置用于存儲(chǔ)有待產(chǎn)生的螺旋連接的檢測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)載體至少含有預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩給定值。至少可以存儲(chǔ)旋擰連接部件的實(shí)際達(dá)到的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值。數(shù)據(jù)載體還可以含有諸如電動(dòng)螺絲刀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的特性參數(shù),或者被設(shè)置用于存儲(chǔ)這種特性參數(shù)。
數(shù)據(jù)載體可以配屬于電動(dòng)螺絲刀。根據(jù)另一種設(shè)計(jì),電動(dòng)螺絲刀具有用于將信號(hào)傳遞至設(shè)置在電動(dòng)螺絲刀之外的數(shù)據(jù)載體的機(jī)構(gòu)。 另一種設(shè)計(jì)規(guī)定了一種電壓限制電路,該電壓限制電路將在電動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生的電動(dòng)
機(jī)電壓限制到預(yù)先給定的限制電壓。限制電壓優(yōu)選至少被確定為電動(dòng)機(jī)的額定工作電壓,
由此電動(dòng)機(jī)可以通過其在發(fā)電機(jī)模式下的工作有助于釋放必要時(shí)在旋擰過程快結(jié)束時(shí)存
儲(chǔ)在電動(dòng)螺絲刀的支撐臂中的能量,而電動(dòng)機(jī)不會(huì)施加反轉(zhuǎn)矩。
電壓限制電路優(yōu)選含有雙極的限制齊納二極管和/或變阻器。 本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的另一種改進(jìn)規(guī)定,作為電動(dòng)機(jī)的能量源,使用基于鋰的蓄電池,因?yàn)槠淠芰棵芏缺容^高。例如可以使用鋰離子蓄電池(Li離子蓄電池),或者例如可以使用鋰聚合物蓄電池(Li聚合物蓄電池)。 只要供電電壓由蓄電池提供,就優(yōu)選設(shè)置有蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路,其能夠補(bǔ)償下降的供電電壓對(duì)達(dá)到已調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值的影響,所述影響特別是當(dāng)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值由電動(dòng)機(jī)電流求得時(shí)產(chǎn)生。蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路的一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案規(guī)定,蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路在供電電壓下降時(shí)要么提高已調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值,要么減小所求得的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值。由此避免對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率部分的干涉。 本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的其它有利的設(shè)計(jì)和改進(jìn)可由下述說明得到。附圖中示出了本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的實(shí)施例,下面對(duì)這些實(shí)施例予以詳細(xì)說明。
圖中示出
圖1為本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的草圖; 圖2為本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀的控制電路的方框圖; 圖3為關(guān)于時(shí)間的轉(zhuǎn)矩變化曲線;禾口 圖4a和4b示出了不同設(shè)計(jì)的電壓限制電路。 圖1為含有作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)12的電動(dòng)螺絲刀10的草圖,該電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14驅(qū)動(dòng)插接座(Stecknuss)16。電動(dòng)螺絲刀10含有支撐臂18,在旋擰過程中,該支撐臂提供反轉(zhuǎn)矩。在所示實(shí)施例中,電動(dòng)螺絲刀10靠蓄電池工作,其含有電池部分20,在電池部分20中安裝有蓄電池22。利用開關(guān)24使得電動(dòng)螺絲刀10開始工作。為了控制電動(dòng)機(jī)12,設(shè)置有控制電路26,該控制電路26配設(shè)有數(shù)據(jù)載體28和發(fā)送/接收裝置30。
在所示實(shí)施例中,直流電動(dòng)機(jī)12優(yōu)選通過經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)來控制,該信號(hào)確定了電動(dòng)機(jī)12的平均工作電壓。 圖2中示出了電動(dòng)機(jī)控制器40,其提供經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s—P麗,該信號(hào)使得開關(guān)元件32例如MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管要么完全斷開,要么完全閉合,其中周期持續(xù)時(shí)間和/或脈沖持續(xù)時(shí)間可以改變。 經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s—P麗的占空系數(shù)反映了接通持續(xù)時(shí)間與周期持續(xù)時(shí)間的比例,該占空系數(shù)確定了平均的電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot,由此實(shí)現(xiàn)對(duì)提供給電動(dòng)機(jī)12的功率施加影響,或者對(duì)電動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速施加影響。
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在開關(guān)24閉合之后,電動(dòng)機(jī)電流i_Mot的流動(dòng)就取決于經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s_ P麗的占空系數(shù)、供電電壓u_Batt和電動(dòng)機(jī)12的負(fù)載。 電動(dòng)機(jī)電流i_Mot被考慮用作由電動(dòng)機(jī)12施加的轉(zhuǎn)矩的量度,進(jìn)而被考慮用作在 插接座16上提供的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值的量度。在所示實(shí)施例中,電動(dòng)機(jī)電流i_Mot使用電動(dòng)機(jī)電 流檢測(cè)器44來檢測(cè),該電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器被實(shí)現(xiàn)為例如0. 01歐姆的低歐姆電阻或分流器。 作為電動(dòng)機(jī)電流i_Mot的量度而在分流器44上產(chǎn)生的電壓降U_SenS在轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部 件46中被增強(qiáng),并作為轉(zhuǎn)矩實(shí)際值md_Ist的量度被提供,該轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部件46例如 含有布線成差分放大器的0pAmp。優(yōu)選設(shè)置有未詳細(xì)示出的信號(hào)平滑裝置,其使得轉(zhuǎn)矩實(shí)際 值md_Ist至少?zèng)]有高頻干擾信號(hào)。 轉(zhuǎn)矩實(shí)際值被提供給電動(dòng)機(jī)控制器40、轉(zhuǎn)矩梯度求取部件48以及轉(zhuǎn)矩閾值確定 部件50。轉(zhuǎn)矩梯度求取部件48求出至少一個(gè)時(shí)間微商,從而求出轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst的梯 度dmcLIst/dt。優(yōu)選微商用差商來近似。 轉(zhuǎn)矩梯度求取部件48將轉(zhuǎn)矩梯度dmd_Ist/dt提供給轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50,轉(zhuǎn)矩 閾值確定部件50利用轉(zhuǎn)矩梯度dmcLIst/dt、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst、由轉(zhuǎn)矩給定值預(yù)設(shè)部件52 提供的轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll和轉(zhuǎn)矩最小值McLMin,確定出轉(zhuǎn)矩閾值McLLim,該轉(zhuǎn)矩閾值McL Lim被提供給電動(dòng)機(jī)控制器40。 利用圖3中所示的轉(zhuǎn)矩時(shí)間變化曲線來詳細(xì)說明在轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50中確定 轉(zhuǎn)矩閾值McLLim。圖3示出第一種旋擰情況SF1,其相應(yīng)于硬的旋擰情況,據(jù)此,轉(zhuǎn)矩實(shí)際 值mcLIst產(chǎn)生比較快的變化。圖3示出第一種旋擰情況SF2,其相應(yīng)于軟的旋擰情況,據(jù) 此,轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst產(chǎn)生比較慢的變化。 在旋擰過程開始后,轉(zhuǎn)矩梯度求取部件48求出例如可以用至少一個(gè)差商來近似 的轉(zhuǎn)矩梯度dmd_ISt/dt。在根據(jù)圖3所示的實(shí)施例中,在超過轉(zhuǎn)矩最小值McLMin之后,轉(zhuǎn) 矩梯度求取部件48基于時(shí)間間隔dti,求出至少一個(gè)差商。時(shí)間間隔dti采用如下方式預(yù) 先給定在希望轉(zhuǎn)矩上升得盡可能快且轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll調(diào)節(jié)得盡可能小的情況下,確 保轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50能夠求出和提供轉(zhuǎn)矩閾值McLLiml、McLLim2。
轉(zhuǎn)矩最小值Md_Min例如被確定為轉(zhuǎn)矩實(shí)際值md_Ist,其略高于旋擰連接部件的 所希望的接合轉(zhuǎn)矩。采取該措施能夠確保求出旋擰連接部件的實(shí)際的轉(zhuǎn)矩梯度dmd_Ist/ dt。 利用調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll、優(yōu)選預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩最小值McLMin、所求得 的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst,以及利用轉(zhuǎn)矩梯度dmd_ISt/dt,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50在第一種旋擰 情況SF1下確定出第一轉(zhuǎn)矩閾值McLLiml,在第二種旋擰情況SF2下確定出第二轉(zhuǎn)矩閾值 Md_Lim2。轉(zhuǎn)矩閾值McLLiml、 Md_Lim2分別位于轉(zhuǎn)矩給定值Md_Soll之下。第一轉(zhuǎn)矩閾值 Md_Liml位于轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll之下的第一差量dl處,第二轉(zhuǎn)矩閾值Md_Lim2位于轉(zhuǎn)矩 給定值Md_Soll之下的第二差量d2處。 轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50能夠利用所存儲(chǔ)的表格確定出閾值Md_Liml、 Md_Lim2。根 據(jù)另一實(shí)施例,所述輸入?yún)?shù)之間的函數(shù)關(guān)系存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50中,從而轉(zhuǎn)矩閾 值McLLiml、McLLim2能夠從當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值md_Ist推知。在最簡(jiǎn)單的情況下,該函數(shù)關(guān) 系可以基于直線方程,從而所希望的轉(zhuǎn)矩變化曲線完全可以用直線的斜率和點(diǎn)來表示。轉(zhuǎn) 矩閾值Md_Liml、Md_Lim2或?qū)τ诖_定閾值Md_Liml、Md_Lim2必需的函數(shù)關(guān)系優(yōu)選通過實(shí)驗(yàn)
7來求得,并存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)矩閾值確定部件50中。 在第一種旋擰情況SF1下,在第一時(shí)刻til達(dá)到第一轉(zhuǎn)矩閾值McLLiml。第一轉(zhuǎn) 矩閾值McLLiml或第一差值dl符合硬的旋擰情況,該硬的旋擰情況借助所求得的轉(zhuǎn)矩梯度 dmcLIst/dt來辨別。第一差值dl比較大。 在第二種旋擰情況SF2下,在第二時(shí)刻ti4達(dá)到第二轉(zhuǎn)矩閾值Md_Lim2。第二轉(zhuǎn) 矩閾值McLLim2或第二差值d2符合軟的旋擰情況,該軟的旋擰情況借助所求得的轉(zhuǎn)矩梯度 dmcLIst/dt來辨別。第二差值d2比較小。 在電動(dòng)機(jī)控制器40中所含有的第一比較器54將轉(zhuǎn)矩閾值McLLim、 Md_Liml、 Md_ Lim2與轉(zhuǎn)矩實(shí)際值md_Ist相比較,并根據(jù)比較結(jié)果提供控制信號(hào)s_Mot??刂菩盘?hào)s_Mot 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)如下情況經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s_PWM控制具有比以前小的功率的電動(dòng)機(jī)12, 從而為電動(dòng)機(jī)12預(yù)先規(guī)定了轉(zhuǎn)速減小。替代地可以規(guī)定,當(dāng)出現(xiàn)控制信號(hào)s_Mot時(shí)將電動(dòng) 機(jī)12完全切斷。 在達(dá)到轉(zhuǎn)矩閾值Md_Lim、 Md_Liml、 Md_Lim2之后轉(zhuǎn)速減小或完全切斷基本上防止 了轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst超調(diào),轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst超調(diào)會(huì)導(dǎo)致以高于轉(zhuǎn)矩給定值Md_Soll的 轉(zhuǎn)矩將旋擰連接部件擰緊。 超調(diào)由在旋擰過程快結(jié)束時(shí)在電動(dòng)機(jī)12特別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14中存在的動(dòng)能而引 起。就此而言,特別是硬的旋擰情況SF1比較關(guān)鍵,因?yàn)樵诒容^短的時(shí)間ti內(nèi)就達(dá)到了轉(zhuǎn) 矩給定值McLSoll。為了說明問題,根據(jù)圖3中所示的實(shí)施例,盡管在超過第一轉(zhuǎn)矩閾值 Md_Liml之后電動(dòng)機(jī)12減小轉(zhuǎn)速或者被完全切斷,轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst仍幾乎直至第二時(shí) 刻ti2才上升,而轉(zhuǎn)矩梯度dmd_ISt/dt并不減小。因此,從第二時(shí)刻ti2起,電動(dòng)機(jī)12才 減小轉(zhuǎn)速或者被完全切斷,這種轉(zhuǎn)速減小或者完全切斷由控制信號(hào)s_Mot引起,且通過經(jīng) 脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s—P麗預(yù)先給定。 轉(zhuǎn)矩給定值Md_Soll以減小的轉(zhuǎn)矩梯度dmd_Ist/dt在第三時(shí)刻ti3達(dá)到。只要 電動(dòng)機(jī)12在超過第一轉(zhuǎn)矩閾值McLLiml時(shí)尚未被完全切斷,就可以在以后于第三時(shí)刻ti3 切斷電動(dòng)機(jī)12。所述切斷通過停止信號(hào)s_Stop引起,設(shè)置在電動(dòng)機(jī)控制器40中的第二比 較器56根據(jù)在轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll和轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst之間的比較結(jié)果提供所述停止信 號(hào)s_Stop。 與硬的旋擰情況SF1相反,在軟的旋擰情況SF2下,在達(dá)到第二轉(zhuǎn)矩閾值McLLim2 之后尚有比較長(zhǎng)的時(shí)間可供使用,直至達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值Md_Soll 。因此,第二轉(zhuǎn)矩閾值Md_ Lim2可以明顯接近轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll,相應(yīng)于較小的差值d2。在這種情況下,在達(dá)到第 二轉(zhuǎn)矩閾值McLLim2之后,也會(huì)引起電動(dòng)機(jī)12減小轉(zhuǎn)速,或者引起電動(dòng)機(jī)12已經(jīng)被完全切 斷。通過由此導(dǎo)致的在超過第二轉(zhuǎn)矩閾值McLLim2之后轉(zhuǎn)矩梯度dmcLIst/dt的減小,在軟 的旋擰情況SF2下也能防止超調(diào),從而旋擰機(jī)構(gòu)精確地以轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll被擰緊,轉(zhuǎn)矩 給定值McLSoll在第五時(shí)刻ti5達(dá)到。 在所示實(shí)施例中,為了給電動(dòng)機(jī)12供應(yīng)能量,設(shè)置有蓄電池22,該蓄電池22優(yōu)選 被實(shí)現(xiàn)成基于鋰的蓄電池,基于鋰的蓄電池的特點(diǎn)是能量密度高。例如可以使用鋰離子蓄 電池(Li離子蓄電池),或者例如可以使用鋰聚合物蓄電池(Li聚合物蓄電池)。蓄電池22 提供供電電壓u—Batt。蓄電池的、特別是基于鋰的蓄電池的放電特性曲線盡管相對(duì)平整,但 如果電動(dòng)機(jī)電流LMot被考慮用作轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst的量度,則即使很小的電壓降也會(huì)直
8接影響達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll,因?yàn)樵诠╇婋妷簎_Batt下降時(shí)會(huì)產(chǎn)生較小的電動(dòng)機(jī)電流 i—Mot。 因而設(shè)置有蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路60,其能夠補(bǔ)償下降的供電電壓u_Batt對(duì) 達(dá)到已調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll的影響。 原則上,供電電壓u—Batt可以被立即穩(wěn)定和保持恒定,然而需要功率半導(dǎo)體部 件,這些功率半導(dǎo)體部件一方面相對(duì)成本高昂,另一方面由于所希望的電流比較大例如高 達(dá)IOOA而體積龐大,以至于不能安裝在電動(dòng)螺絲刀10中。 蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路60因此優(yōu)選以補(bǔ)償信號(hào)S_Batt_K0mp干預(yù)轉(zhuǎn)矩給定值 預(yù)設(shè)部件52或轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部件46,其中在供電電壓u—Batt下降時(shí),要么轉(zhuǎn)矩給定值 Md_Soll增大,要么轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst減小。 蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路60例如可以含有基準(zhǔn)電壓源,供電電壓u_Batt與該基 準(zhǔn)電壓源相比較。隨著基準(zhǔn)電壓和供電電壓u—Batt之間的差在蓄電池22的放電過程中變 小,補(bǔ)償信號(hào)s_Batt_Komp持續(xù)增大,這種增大相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)電流i_Mot實(shí)際上減小,以便 在供電電壓u_Batt下降情況下在信號(hào)評(píng)估時(shí)補(bǔ)償實(shí)際減小的電動(dòng)機(jī)電流i_Mot。
在電動(dòng)螺絲刀10工作期間,支撐臂18提供所需要的相對(duì)于由插接座16傳遞到旋 擰機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)矩的反轉(zhuǎn)矩。為了準(zhǔn)備旋擰過程,將支撐臂18固定在合適的支撐機(jī)構(gòu)上。在 旋擰過程中,取決于增加的轉(zhuǎn)矩,支撐臂18出現(xiàn)相應(yīng)增大的變形,這種變形相當(dāng)于存儲(chǔ)能 量。在達(dá)到預(yù)先調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll而切斷螺絲刀10之后,存儲(chǔ)在支撐臂18中 的能量具有最大值。 通過支撐臂18的變形,插接座16,進(jìn)而整個(gè)電動(dòng)螺絲刀IO,在旋擰連接部件上被 夾緊。在切斷電動(dòng)機(jī)12之后,存儲(chǔ)在支撐臂18中的能量引起電動(dòng)機(jī)12從插接座16起,向 后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14被驅(qū)動(dòng),其中電動(dòng)機(jī)12沿著與驅(qū)動(dòng)方向相反的方向開始旋轉(zhuǎn)。
因此,當(dāng)存儲(chǔ)在支撐臂18中的能量釋放時(shí),電動(dòng)機(jī)12作為發(fā)電機(jī)工作。為了使得 存儲(chǔ)在支撐臂18中的能量快速、容易地釋放,電動(dòng)機(jī)12應(yīng)能夠自由旋轉(zhuǎn),而不會(huì)施加反轉(zhuǎn) 矩,該反轉(zhuǎn)矩會(huì)妨礙和延長(zhǎng)所述釋放過程。因此,在該工作狀態(tài)下,電動(dòng)機(jī)12不應(yīng)被短路或 者用小電阻連接,其中在發(fā)電機(jī)電壓較小時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生了較大的電動(dòng)機(jī)電流i—Mot,較大的 電動(dòng)機(jī)電流i—Mot相應(yīng)于較大的反轉(zhuǎn)矩。在此需要考慮到,在作為發(fā)電機(jī)工作時(shí),由于旋轉(zhuǎn) 方向不同,電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot極性相反,電動(dòng)機(jī)電流i_Mot因而反向流動(dòng),只要提供有電流 電路。 特別地,試驗(yàn)已表明,在作為發(fā)電機(jī)工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生顯著的明顯高于電動(dòng)機(jī)12的 額定工作電壓的電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot。對(duì)于額定電壓例如為28伏特的電動(dòng)機(jī)12而言,已表 明,電壓峰值高達(dá)200伏特,脈沖持續(xù)時(shí)間為幾百ns。這種高能量的脈沖會(huì)導(dǎo)致控制電路 26的部件損毀,特別是會(huì)導(dǎo)致開關(guān)部件42損毀。 因此設(shè)置有電壓限制電路70,該電壓限制電路70將作為發(fā)電機(jī)工作的與驅(qū)動(dòng)方 向相逆地旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)12的電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot限制到預(yù)先給定的限制電壓u—Lim,所述電 動(dòng)機(jī)電壓u_Mot在存儲(chǔ)于支撐臂18中的能量釋放時(shí)在電動(dòng)機(jī)12上產(chǎn)生。
電壓限制電路70不可與空轉(zhuǎn)部件(Freilauf)相比,空轉(zhuǎn)部件基本上僅僅使得電 動(dòng)機(jī)12短路。電壓限制電路70可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)明確地預(yù)先給定限制電壓u—Lim,從而電動(dòng) 機(jī)12在作為發(fā)電機(jī)工作期間,在存儲(chǔ)于支撐臂18中的能量釋放時(shí),不產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩,至少直到達(dá)到限制電壓u—Lim。與通常的工作相比,在該工作狀態(tài)下,只有當(dāng)在發(fā)電機(jī)工作模式下 電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot試圖超過限制電壓u_Lim時(shí),才會(huì)出現(xiàn)反向的電動(dòng)機(jī)電流i_Mot。
但電壓限制電路70可以承擔(dān)空轉(zhuǎn)部件的功能,其中在空轉(zhuǎn)期間,電動(dòng)機(jī)電流i_ Mot并不換向,限制電壓u—Lim作為電動(dòng)機(jī)電壓u—Mot產(chǎn)生。必要時(shí),可以設(shè)置有未詳細(xì)示 出的接通的空轉(zhuǎn)部件,該空轉(zhuǎn)部件受經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)s—P麗的控制。
電壓限制電路70可以采用不同的方式來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)圖4a中所示的實(shí)施例,電壓限 制電路70含有一個(gè)雙極的電壓限制齊納二極管72,其也稱為TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)。電 壓限制齊納二極管72含有兩個(gè)集成在一個(gè)唯一的部件中的齊納二極管。根據(jù)圖4b中所示 的實(shí)施例,電壓限制電路70含有變阻器74。 而二極管72能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓脈沖做出非??焖俚姆磻?yīng),變阻器74能夠至少短時(shí) 間地吸收和釋放較高的能量。因此可以根據(jù)要求組合地設(shè)置二極管72以及變阻器74。
限制電壓u_Lim首先被設(shè)定成的值應(yīng)使得在電動(dòng)機(jī)12的正常驅(qū)動(dòng)工作中不會(huì)對(duì) 電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot產(chǎn)生限制。因此對(duì)于28伏特的電動(dòng)機(jī)12而言,將限制電壓u_Lim設(shè)定 成至少28伏特的值。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)12作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot換向,所以在 極性相反的情況下,電壓限制電路70必須提供特別是用于電動(dòng)機(jī)電壓u—Mot的限制電壓11_ Lim,因?yàn)樘貏e是在作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓的危險(xiǎn)。根據(jù)所示實(shí)施例,該實(shí)施例具 有圖2中所示的供電電壓u—Batt的極性,在電動(dòng)機(jī)12作為發(fā)電機(jī)工作時(shí),在開關(guān)部件32 上產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)電壓u_Mot的正電位,而在蓄電池22上施加了負(fù)電位。 限制電壓u—Lim最好如下設(shè)置其大小至少等于電動(dòng)機(jī)12的額定電壓的大小。根 據(jù)另一種設(shè)計(jì),至少將在電動(dòng)機(jī)12作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)起作用的限制電壓u—Lim設(shè)定成可以 根據(jù)法律確定的所謂的保護(hù)特低電壓(Schutz-Kleinspan皿ng)的值。在這種意義下的保 護(hù)特低電壓應(yīng)采用如下方式來確定在電設(shè)備上,在當(dāng)前情況下為在電動(dòng)螺絲刀10上,可 能被接觸的帶電壓的部件不允許超過保護(hù)特低電壓。只要情況如此,就要采取用于防止接 觸的特定措施。保護(hù)特低電壓例如可以為42伏特。 本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀10的另一種改進(jìn)規(guī)定了一種數(shù)據(jù)載體80,該數(shù)據(jù)載體80含 有用于旋擰的數(shù)據(jù),例如至少含有轉(zhuǎn)矩給定值McLSoll,和/或被準(zhǔn)備用于記錄數(shù)據(jù),例如 實(shí)際達(dá)到的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值mcLIst,這些數(shù)據(jù)至少在旋擰過程結(jié)束時(shí)被存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)載體80還可 以含有電動(dòng)螺絲刀10的特性參數(shù),和/或被準(zhǔn)備用于存儲(chǔ)電動(dòng)螺絲刀10的特性參數(shù)。數(shù) 據(jù)載體80優(yōu)選是移動(dòng)的數(shù)據(jù)載體,例如被實(shí)現(xiàn)為并不昂貴的可得到的RFID。
本發(fā)明的電動(dòng)螺絲刀10的另一種改進(jìn)規(guī)定了用于信號(hào)傳遞的機(jī)構(gòu)82,例如發(fā)送/ 接收裝置82,其被設(shè)計(jì)用于接收和/或發(fā)送有關(guān)旋擰機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)和/或有關(guān)電動(dòng)螺絲刀10 的特性參數(shù)的數(shù)據(jù)。發(fā)送/接收裝置82優(yōu)選被設(shè)計(jì)用于與未詳細(xì)示出的數(shù)據(jù)載體例如移 動(dòng)的數(shù)據(jù)載體配合作用,所述移動(dòng)的數(shù)據(jù)載體可以相應(yīng)于數(shù)據(jù)載體80。只要該數(shù)據(jù)載體是 前述的RFID,發(fā)送/接收裝置82就具有高頻發(fā)送器和/或高頻接收器,其中發(fā)送/接收頻 率與數(shù)據(jù)載體的發(fā)送/接收頻率一致。
權(quán)利要求
一種電動(dòng)螺絲刀,具有作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)(12)、轉(zhuǎn)矩給定值預(yù)設(shè)部件(52)、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部件(46)、轉(zhuǎn)矩梯度求取部件(48)和電動(dòng)機(jī)控制器(40),電動(dòng)機(jī)控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)來控制電動(dòng)機(jī)(12),其特征在于,設(shè)置有轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50);轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50)提供轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Lim1、Md_Lim2),該轉(zhuǎn)矩閾值取決于轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)且位于轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)以下;如果轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(md_Ist)超過了轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Lim1、Md_Lim2),則電動(dòng)機(jī)控制器(40)使得電動(dòng)機(jī)(12)減小轉(zhuǎn)速,或者完全切斷電動(dòng)機(jī)(12)。
2. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,當(dāng)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(mcLIst)低于轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Liml、Md_Lim2)時(shí),電動(dòng)機(jī)控制器(40)給電動(dòng)機(jī)(12)預(yù)先設(shè)定最大可能的電動(dòng)機(jī)(12)的轉(zhuǎn)速。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50)根據(jù)轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)來確定轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)與轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、 Md_Liml、 Md_Lim2)之間的差(dl、d2)。
4. 如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50)確定的差值(dl、d2)在轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_ISt/dt)較大時(shí)要比轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_ISt/dt)較小時(shí)大。
5. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50)含有表格,在該表格中存儲(chǔ)有用于確定轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Liml、Md_Lim2)的轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)和轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)。
6. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50)基于所求得的轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_ISt/dt)、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(mcLIst)和轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)來推知轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、 Md_Liml 、 Md_Lim2)。
7. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,設(shè)置有電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器(44),其檢測(cè)作為轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(mcLIst)的量度的電動(dòng)機(jī)電流(i_Mot)。
8. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,設(shè)置有數(shù)據(jù)載體(80),在該數(shù)據(jù)載體中存儲(chǔ)有旋擰連接部件的和/或電動(dòng)螺絲刀(10)的特征值,和/或該數(shù)據(jù)載體被設(shè)置用于存儲(chǔ)旋擰連接部件的檢測(cè)數(shù)據(jù)或電動(dòng)螺絲刀(10)的特征值。
9. 如權(quán)利要求8所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,電動(dòng)螺絲刀(10)具有用于將信號(hào)傳遞至設(shè)置在電動(dòng)螺絲刀(10)之外的數(shù)據(jù)載體的機(jī)構(gòu)(82)。
10. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,設(shè)置有電壓限制電路(70),該電壓限制電路將在電動(dòng)機(jī)(12)上產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)電壓(u_Mot)限制到預(yù)先給定的限制電壓(u_Lim),該限制電壓至少被確定為電動(dòng)機(jī)(12)的額定工作電壓。
11. 如權(quán)利要求IO所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,電壓限制電路(70)含有雙極的限制齊納二極管(72)。
12. 如權(quán)利要求10所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,電壓限制電路(70)含有變阻器(74)。
13. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,設(shè)置有用于提供供電電壓(u_Batt)的蓄電池(22)。
14. 如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,蓄電池(22)是基于鋰的蓄電池(Li離子蓄電池、Li聚合物蓄電池)。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,設(shè)置有蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路(60),其補(bǔ)償下降的供電電壓(u_Batt)對(duì)達(dá)到已調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)的影響。
16. 如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)螺絲刀,其特征在于,蓄電池電壓下降補(bǔ)償電路(60)在供電電壓(u_Batt)下降時(shí)要么提高已調(diào)節(jié)好的轉(zhuǎn)矩給定值(McLSoll),要么減小所求得的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(md_Ist)。
全文摘要
提出一種電動(dòng)螺絲刀(10),其具有作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)(12)、轉(zhuǎn)矩給定值預(yù)設(shè)部件(52)、轉(zhuǎn)矩實(shí)際值求取部件(46)、轉(zhuǎn)矩梯度求取部件(48)和電動(dòng)機(jī)控制器(40),電動(dòng)機(jī)控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)來控制電動(dòng)機(jī)(12)。設(shè)置有轉(zhuǎn)矩閾值確定部件(50),其提供轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Lim1、Md_Lim2),該轉(zhuǎn)矩閾值取決于轉(zhuǎn)矩梯度(dmd_Ist/dt)且位于轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)以下。如果轉(zhuǎn)矩實(shí)際值(md_Ist)超過了轉(zhuǎn)矩閾值(Md_Lim、Md_Lim1、Md_Lim2),則電動(dòng)機(jī)控制器(40)使得電動(dòng)機(jī)(12)減小轉(zhuǎn)速,或者已經(jīng)完全切斷電動(dòng)機(jī)(12)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的電動(dòng)螺絲刀(10)避免了轉(zhuǎn)矩超調(diào),卻能實(shí)現(xiàn)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)精確地達(dá)到轉(zhuǎn)矩給定值(Md_Soll)。
文檔編號(hào)B25B23/147GK101765483SQ200880021544
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者M·加雷斯 申請(qǐng)人:羅索邁特扳手技術(shù)聶夫有限責(zé)任公司