ES U G01L 1/00. Número de publicación: PATENTES Y MARCAS. Número de solicitud: U Int. Cl.

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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 k Número de publicación: k Número de solicitud: U k Int. Cl. 7 : B2B 13/00 G01L 1/00 k 12 SOLICITUD DE MODELO DE UTILIDAD U 22 kfecha de presentación: k Solicitante/s: EDUARD WILLE GMBH & CO Lindenallee Wuppertal, DE k 30 Prioridad: DE kfecha de publicación de la solicitud: k Inventor/es: Herbold, Siegfried k 74 Agente: Arpe Fernández, Manuel k 4 Título: Llave dinamométrica con sistema de medición electro-óptico. ES U Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES U 2 DESCRIPCION Llave dinamométrica con sistema de medición electro-óptico. La invención se refiere a una llave dinamométrica para la aplicación y/o medición de una fuerza inicial predeterminada, especialmente de tornillos y/o tuercas de tornillo, que contiene: a) un elemento de flexión que se deforma de acuerdo con el par de torsión aplicado, b) un sistema de medición y de procesamiento para detectar el par de torsión del elemento de flexión y c) un dispositivo de presentación para representar el par de torsión. Estado de la técnica Las llaves dinamométricas son conocidas en sí y resultan necesarias para apretar, por ejemplo, tornillos o tuercas de tornillo con un par de torsión definido o para determinar su par de torsión. Actualmente, se conocen llaves dinamométricas mecánicas y electrónicas así como combinaciones de llaves dinamométricas mecánicas y electrónicas. Las llaves dinamométricas mecánicas se conocen, por ejemplo, ya a partir de la solicitud de patente europea A1, así comodelasolicitud alemana DE A1. Las llaves dinamométricas mecánicas detectan el par de torsión con un sensor mecánico de fuerza y muestran el resultado sobre un reloj indicador o bien emiten una señal al alcanzar un par de torsión preajustado. Las llaves dinamométricas mecánicas conocidas son incómodas y relativamente costosas de calibrar. Las llaves dinamométricas mecánicas tienen, además, como inconveniente que los valores de medición no pueden ser documentados directamente a través del aparato de medición. Las combinaciones de llaves dinamométricas mecánicas y electrónicas son algo más cómodas de manejar. En estas llaves dinamométricas, el par de torsión se determina con un sensor de fuerza mecánico que es evaluado con una electrónica siguiente. La representación del par de torsión calculado se realiza finalmente mediante un dispositivo de presentación electrónico digital. En estas llaves dinamométricas el reloj indicador es simplemente sustituido por un aparato de presentación electrónico. Los problemas de estos aparatos de medición combinados, especialmente de calibración, son comparables a los de una llave dinamométrica mecánica. Por la publicación de patente europea EP son además conocidas llaves dinamométricas, en las que el par de torsión se determina mediante una barra de flexión. En la barra de flexiónestán unidas dos cintas extensiométricas, que suministran a una electrónica una señal eléctrica acorde a su deformación. La electrónica evalúa estas señales eléctricas y suministra, en un dispositivo de presentación (digital), el valor del par de torsión presente. El procesamiento electrónico de los valores de medición tiene como ventaja, frente al procesamiento mecánico, que los valores medidos pueden documentarse más fácilmente Las llaves dinamométricas conocidas tienen como inconveniente que la aplicación de las cintas extensiométricas para llaves dinamométricas es muy costosa. Por medio de esta disposición se pueden intensificar y procesar también fácilmente señales de perturbación no deseadas, que influyen y falsifican la medición y el resultado del par de torsión, respectivamente. Descripción de la invención Por tanto, es cometido de la invención eliminar los inconvenientes del estado de la técnica y crear una llave dinamométrica de coste favorable, que es fácil de calibrar, siendo lo más cómoda y conveniente posible. Además, es cometido de la invención obtener una señal de medición lo más exacta posible sin o solamente con una amplificación reducida, donde pueden documentarse los resultados de medición obtenidos. Según la invención, este cometido se consigue porque en una llave dinamométrica del tipo mencionado al principio d) el sistema de medición y de procesamiento está configurado de forma electro-óptica, donde i) una fuente de luz está previstaparage- nerar un rayo de luz, cuya desviación y/o intensidad respectivas se correlacionan con el par de torsión aplicado, ii) y en el sistema de medición electroóptico está previsto un sensor de luz, que detecta modificaciones de este rayo de luz. La invención se basa en el principio de aprovechar propiedades tales como la linealidad o la intensidad del rayo de luz. Una rayo de luz recto, que está acoplado directa o indirectamente con el elemento de flexión, modifica su dirección o su intensidad, tan pronto como el elemento de flexión es cargado. La correlación entre el par de torsión y la desviación y/o intensidad del rayo de luz respectivas, se realiza, por tanto, a partir del elemento de flexión. El rayo de luz es desviado a tal fin, por ejemplo, por el elemento de flexiónobienlafuente de luz está directamente acoplada al mismo de manera adecuada. Un sensor de luz fijado frente a la barra de flexión puede detectar esta modificación de la dirección del rayo de luz o una modificación de la intensidad. Puesto que naturalmente también la fuente de luz puede estar dispuesta fija y el sensor de luz está previstosobreel elemento de flexión, aquí es evidente que las relaciones están simplemente invertidas. Además, también es objeto de la invención modificar la intensidad de un rayo de luz mediante un par de torsión que actúa sobre la llave dinamométrica. La modificación del par de torsión influye indirectamente, a través de la barra de flexión, sobre la intensidad del rayo de luz que incide sobre un sensor de luz. De esta manera, mediante la adecuada calibración puede determinarse el par de torsión. Para conseguir el necesario carácter compacto, se ha revelado como conveniente el que la fuente de luz esté prevista como diodo luminoso o como

3 3 ES U 4 diodo láser. Estos componentes pueden obtenerse de manera favorable e integrarse adecuadamente en llaves dinamométricas de este tipo. Lo descrito con respecto a la compactibilidad y costes es también aplicable a los sensores de luz que pueden utilizarse cuando están configurados como fototransistores o fotodiodos. Con estos fototransistores o fotodiodos puede ser fácilmente medida la intensidad del rayo. Cuando la disposición óptica hace necesario que sean detectadas también intensidades espaciales, por ejemplo, para detectar la desviación del rayo de luz, entonces, en una forma de realización preferida, el sensor de luz está configurado como línea/matriz CCD, siendo CCD la abreviatura de la expresión inglesa Charge Couple Device (dispositivo acoplado por carga). Un CCD es un componente semiconductor acoplado por carga, que sirve para la conversión de señales ópticas en señales eléctricas, siendo memorizada y transmitida la información en forma de carga eléctrica. En una forma de realización preferida de la invención, la fuente de luz no se asienta directamente sobre el elemento de flexión. A tal fin, en su lugar, está previsto un dispositivo de desviación correspondiente con los medios ópticos habituales para el rayo de luz, que acoplan el rayo de luz con el elemento de flexión y lo desvían sobre el sensor de luz fijo. Un aspecto de la invención es que ahora están previstos unos medios para procesar y evaluar las señales eléctricas suministradas por el sensor de luz. Para el caso de señales muy débiles del sensor de luz puede ser empleado también un amplificador de señal, dispuesto entre el sensor de luz y el circuito eléctrico. Además, para procesar las señales, en caso del procesamiento digital, está previsto un convertidor analógico-digital, que genera una señal digital a partir de la señal analógica. El valor del par de torsión procesado se representa, para una forma de realización preferida, sobre un dispositivo de presentación digital. Para que la llave dinamométrica pueda ser manejada bien también por personas inexpertas, están previstos medios para calibración de la llave dinamométrica. De manera más ventajosa, las fuentes de luz emiten desde al menos dos puntos del elemento de flexión previstos con una separación que son respectivamente detectados por un sensor de luz. De esta manera, puede conseguirse también una independencia del punto de aplicación de la fuerza, porque se parte de puntos de medición diferentes del elemento de flexión. Otras ventajas de deducen del objeto de las reivindicaciones dependientes. Breve descripción del dibujo La figura 1 muestra un primer ejemplo de realización de una llave dinamométrica según la invención con una fuente de luz reflejada. La figura 1a muestra una sección ampliada del primer ejemplo de realización. La figura 2 muestra un segundo ejemplo de realización de una llave dinamométrica según la invención con taladros que pueden desplazarse. La figura 2a muestra una sección ampliada del segundo ejemplo de realización. La figura 3 muestra un tercer ejemplo de rea lización de una llave dinamométrica según la invención, con diodos láser y línea CCD. La figura 3a muestra una sección ampliada del tercer ejemplo de realización. Ejemplos de realización preferidos En la figura 1 con 10 se designa una llave dinamométrica según la invención. La llave dinamométrica 10 presenta una carcasa 12, en la que está previsto un elemento de flexión 14. Este elemento de flexión 14 está configurado como barra y está conectado con una porción de acoplamiento 16 de la zona anterior 18 de la llave dinamométrica 10. En la porción de acoplamiento 16 pueden ser acopladas o insertadas herramientas de acoplamiento o de inserción, respectivamente, por ejemplo, con un polígono, para los correspondientes tornillos. Unmango20rodealacarcasa12enlazonaposterior 22 de la llave dinamométrica 10. Con 24 se designa un diodo luminoso. En este ejemplo de realización un diodo luminoso 24 está dispuesto directamente junto a un fototransistor 26. Tanto el diodo luminoso 24 como también el fototransistor 26 están dispuestos en la carcasa 12 por delante de la zona de mango 13 de la llave dinamométrica 10. El rayo de luz 28 es dirigido mediante la correspondiente disposición del diodo luminoso 24 de tal forma que incide sobre una superficie reflectante 32, que aquí está configurada como un espejo. Como se puede ver más fácilmente en el detalle ampliado de la figura 1a, desde el espejo 32 se refleja un rayo de luz 30 que incide con un ángulo α sobre el fototransistor 26. El espejo 32 está dispuestoen el elemento de flexión 14. Tan pronto como un par de torsión actúa sobre la llave dinamométrica 10, el elemento de flexión 14 se dobla. De esta manera, simultáneamente, la posición relativa del espejo 32 respecto del rayo de luz recto 28 se modifica. Por tanto, de acuerdo con las leyes de la óptica -el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión- es también modificado el ángulo α del rayo de luz 28 ó 30. La llave dinamométrica está calibrada ahora de tal forma que, cuando esta llave dinamométrica 10 no está cargada, el cono luminoso del rayo de luz 30 ilumina con plena intensidad el fototransistor 26. Por medio de la aplicación del par de torsión sobre la llave dinamométrica 10, este cono luminoso del rayo de luz 30 se desplaza hacia fuera de la región del fototransistor 26. De esta manera, la señal de intensidad del fototransistor 26 disminuye. Una electrónica 34 modifica esta señal de intensidad del fototransistor 26, siendo alimentada a tal fin dicha señal de intensidad desde el fototransistor 26 a través de líneas eléctricas 27 de la electrónica 34. La magnitud de la señal es ahora una medida de la magnitud del par de torsión. Mediante la correspondiente calibración puede establecerse una correlación entre el par de torsión y la señal de intensidad. El valor de medición determinado y procesado es emitido, finalmente, desde la electrónica 34 hasta un dispositivo de presentación digital 36. La figura 2 muestra otro ejemplo de realización de acuerdo con la invención, donde los mismos signos de referencia del primer ejemplo son mantenidos para los mismos elementos. La llave 3

4 ES U 6 dinamométrica 10 presenta de nuevo la carcasa 12. En la carcasa 12 se encuentra dispuesto un elemento de flexión 14, que está configurado de preferencia nuevamente como barra y que está conectado con la porción de acoplamiento 16 de la zona anterior 18 de la llave dinamométrica 10. En la zona posterior 22 de la llave dinamométrica 10, sobre la carcasa 12, se dispone el mango 20 que está fabricado preferentemente de plástico. Sobre el elemento de flexión se encuentra dispuesta una proyección 38 con un taladro 40. Como puede reconocerse mejor en el detalle ampliado -figura 2a- de este ejemplo de realización, la carcasa 12 presenta una proyección 42, aproximadamente paralela a la proyección 38, con un taladro 44. Los respectivos taladros 40 y 44 de las proyecciones 38 y 42, se encuentran situados sobre un mismo eje, a través del cual se dirige un rayo de luz 46 que es generado por un diodo luminoso 48. Las dimensiones de los taladros 40, 44 están diseñadas de manera correspondiente. El diodo luminoso 48 está situado en la carcasa 12 y se encuentra alineado con los taladros 40, 44. El rayo de luz 46 del diodo luminoso 48 es dirigido a través de los pequeños taladros 40, 44 haciaun fototransistor 0. El fototransistor 0 está previsto igualmente en la carcasa 12. De esta manera, el diodo luminoso 48 y el fototransistor 0 tienen siempre una posición relativa fija. Las señales de intensidad del fototransistor 0 son procesadas de la misma manera que en el primer ejemplo de realización, por medio de una electrónica 34. A continuación, la electrónica 34 representa los valores medidos del par de torsión en un dispositivo de presentación digital 36. El modo de funcionamiento de este segundo ejemplo de realización está previsto, en principio, de manera similar al primero. Mediante la aplicación de un par de torsión, el elemento de flexión 14 se dobla. De esta manera, los taladros 40, 44 no se encuentran ya exactamente sobre un mismo eje. De esta manera, la luz que aún pasa del rayo de luz 46 incide solo de manera debilitada sobre el fototransistor 0, que transmite una señal de intensidad a la electrónica 34 correspondientemente disminuida. Según la magnitud que tenga el par de torsión a determinar, los taladros 40, 44 se desplazan relativamente. La señal de intensidad está correlacionada, por tanto, con el par de torsión producido. La magnitud de la señal es ahora una medida de la magnitud del par de torsión. Mediante la correspondiente calibración puede establecerse de nuevo una correspondencia entre el par de torsión y la señal de intensidad. El valor de medición determinado y procesado es emitido fi nalmente desde la electrónica 34 al dispositivo de presentación digital 36. Esta calibración puede ser almacenada en memoria, por ejemplo, como algoritmo y/o tabla que puede llamarse a partir de una EPROM de la electrónica 34. La figura 3 muestra un tercer ejemplo de realización según la invención, donde se mantienen los mismos caracteres de referencia para los mismos elementos de los ejemplos anteriores. La llave dinamométrica 10 presenta la carcasa 12. En la carcasa 12 está dispuestoelelementodeflexión 14, que está configurado de nuevo como barra y que está conectado con la porción de acoplamiento 16 de la zona anterior 18 de la llave dinamométrica 10. En la zona posterior 22 de la llave dinamométrica 10, sobre la carcasa 12, está dispuestoel mango 20 que está fabricado preferentemente de plástico. En el elemento de flexión 14 se encuentra dispuesto un diodo láser 2. El rayo de luz del diodo láser 2 incide sobre una línea CCD 4. La línea CCD 4 está dispuesta en la carcasa 12. El diodo láser 2 así comolalínea CCD 4 están conectados con la electrónica 34. Con la ayuda del detalle ampliado -figura 3ade este ejemplo de realización, se explicará ahora su modo de funcionamiento. Cuando en la llave dinamométrica no actúa un par de torsión, el rayo de luz del diodo láser 2 incide en una región determinadadelalínea CCD 4. El máximo de intensidad de la luz se puede localizar a través de la línea CCD 4. Si ahora sobre la llave dinamométrica actúa un par de torsión, el elemento de flexión 14 se dobla, modificándose de esta manera la dirección del rayo de luz, puesto que el diodo láser 2 está dispuesto en dicho elemento de flexión 14. La posición del máximo de intensidad del rayo de luz sobre la línea CCD 4 se encuentra ahora en otra posición. Mediante la localización del máximo de intensidad sobre la línea CCD puede asociarse a la correspondiente posición un par de torsión determinado. Cada par de torsión tiene sobre la línea CCD un máximo de intensidad diferente. La posición del máximo de intensidad es ahora una medida de la magnitud del par de torsión. De esta manera, también puede ser fácilmente determinado el sentido del par de torsión. Según la desviación del rayo de luz, puede determinarse sí se trata de una medición hacia la izquierda o hacia la derecha. Por medio de la correspondiente calibración puede establecerse una correspondencia entre el par de torsión y la posición. El valor de medición determinado y procesado es finalmente emitido desde la electrónica 34 hasta un dispositivo de presentación digital

5 7 ES U 8 REIVINDICACIONES 1. Llave dinamométrica con sistema de medición electro-óptico para la aplicación y/o medición de una fuerza inicial predeterminada, especialmente de tornillos y/o tuercas de tornillos, que contiene: a) un elemento de flexión (14) que se deforma de acuerdo con el par de torsión aplicado, b) un sistema de medición y de procesamiento (34) para detectar el par de torsión del elemento de flexión (14) y c) un dispositivo de presentación (36) para representar el par de torsión caracterizado porque d) el sistema de medición y de procesamiento (34) está configurado de forma electro-óptica, donde i) una fuente de luz (24) está previstapara generar un rayo de luz (28, 30), cuya desviación y/o intensidad respectivas se correlacionan con el par de torsión aplicado, ii) y en el sistema de medición electro-óptico está previsto un sensor de luz (26), que detecta modificaciones de este rayo de luz (28, 30). 2. Llave dinamométrica según la reivindicación 1, caracterizada porque la fuente de luz está previstacomodiodoluminoso(24). 3. Llave dinamométrica según la reivindica ción 1, caracterizada porque la fuente de luz está previstacomodiodoláser (2). 4. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el sensor de luz está previsto como un fototransistor (26) o fotodiodo.. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el sensor de luz está previstocomounalínea CCD (4). 6. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a, caracterizada porque está previsto un dispositivo para deflexión (32) del rayo de luz. 7. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque están previstos medios electrónicos (34) para el procesamiento y evaluación de las señales eléctricas suministradas por el sensor de luz (26). 8. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el dispositivo de presentación (36) está previstoenforma digital. 9. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque están previstos unos medios para calibración de la llave dinamométrica (10). 10. Llave dinamométrica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la correlación entre el par de torsión y la desviación y/o intensidad respectivas del rayo de luz (28, 30) es establecida por medio del elemento de flexión (14). 11. Llave dinamométrica (10) según la reivindicación 10, caracterizada porque las fuentes de luz emiten desde, al menos, dos puntos previstos con una separación que son respectivamente detectados mediante un sensor de luz (26)

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