CN102101186A - 手持式工具机及其控制方法 - Google Patents

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M·古特
H·亚历山大
M·维尔
D·普罗凡塞
B·汉斯
C·弗赖施莱格尔
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Abstract

本发明涉及一种旋转式的手持式工具机及其控制方法，该工具机包括：电动机，用于驱动旋转的工具；传感装置，用于探测该工具的堵转；控制装置，对通过传感装置探测的堵转做出响应，使在堵转之前的电动机的旋转方向逆转预定的持续时间，并直接紧接着重新促使在该旋转方向上旋转电动机。

Description

手持式工具机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于手持式工具机的控制方法以及一种手持式工具机。
背景技术
由US 5,584,619 A已知一种用于钻机的保护机构，其在钻头堵转时应该防止使用者受到过大的载荷。一旦识别或预期到堵转，则使钻机停止工作。可能出现钻头持久地卡住的情况。
发明内容
本发明的目的在于一种控制方法，该控制方法保护使用者并且抵制钻头的持久卡住。
在本发明的用于手持式工具机的控制方法中，如果探测到堵转，则产生驱动的电动机在与堵转之前的旋转方向相反的旋转方向上旋转一定的持续时间。直接紧接着该持续时间，电动机又在堵转之前的旋转方向上旋转。
该控制方法意想不到地证实为性质上不同于在堵转时通过打滑离合器短暂地中断动力系以及在持久堵转时周期性的中断。在此虽然使用者可以随后同样利用电动机的支持来引起松开工具，但是试验显示比主动逆转旋转方向远远较小的成功率。这也尤其是在钻头在堵转时通常不仅在前进方向也在后退方向卡住的情况下是意想不到的。据推测，钻头在旋转方向的换向旋转(umdrehen)时的卸载可能具有积极的影响。优点超过了钻机在逆着标准的旋转方向旋转时的较高载荷的明显缺点，齿轮和离合器不是针对逆着标准的旋转方向旋转设计的或者仅通过更多花费才能设计。
旋转式的手持式工具机例如用于钻头，该工具机具有：电动机，用于驱动旋转的工具；传感装置，用于探测该工具的堵转；控制装置，该控制装置对通过传感装置探测的堵转做出响应，使在堵转之前的电动机的旋转方向逆转一定的持续时间，并直接紧接着重新启动在该旋转方向上旋转电动机。因此旋转方向在堵转之后短暂地从前进方向变成后退方向并又接着立即变成前进方向。在此，电动机没有在此期间被切断，而是交替地制动和加速。旋转方向的改变也可以多次重复。
一种实施形式设定，所述持续时间为25ms～1000ms。
一种实施形式设定，传感装置探测工具座逆着工作方向的旋转，并且对此做出响应地促使电动机在堵转之前的旋转方向上的旋转。
一种实施形式设定，传感装置基于电动机的功率消耗例如电流消耗来识别钻头的堵转。
一种实施形式设定，探测在堵转时的旋转加速度并且根据壳体的探测的旋转加速度确定所述持续时间。在挡住钻头时旋转加速度越小，则尽管有堵转，使用者可以显得越稳定地抓住工具机。已经证实有利的是，如果使用者能够良好地抓住工具机，即旋转加速度较小，则增大所述持续时间。否则必须减小所述持续时间。
一种实施形式设定，在第一堵转情况之后，在第二持续时间上减小识别堵转情况的阈值。在首次识别堵转之后，可以已经防备性地在钻头的前进旋转时的直接跟随的堵转。因此有利地减小反应时间。第二持续时间可以是此前提及的持续时间的2～5倍。
附图说明
以下的说明借助于示例性的实施例和附图解释本发明。附图如下：
图1显示手持式钻机；
图2显示控制方法。
具体实施方式
图1显示手持式钻机10。该钻机10具有机壳11以及一个或两个用于由使用者抓住钻机10的把手12。把手12可以刚性地与机壳11连接或者借助于减振的元件13装在机壳11上。
在机壳11中，电动机14驱动主轴15。电动机14例如是机械换向或电子换向的直流电动机或者异步的交流电动机。在主轴15和电动机14之间的传力路径中可以设置传动装置16和/或过载离合器17例如打滑离合器。主轴15将其旋转运动借助于工具座18传至钻头19。
在钻机10中，主轴15并因此电动机14的旋转运动的旋转方向典型地为固定地预定的，并且与钻头的结构方式适配。标准运转所用的旋转方向下面称为工作方向20或者前进方向。在其它手持式工具机例如螺钉机中，工作方向20可以通过使用者设定。
用于启动钻机10的操作键21优选设置在把手12或者机壳11上。在一种实施形式中，操作键21在电路中设置在电源22例如蓄电池或电力接头与电动机14之间。如果使用者松开操作键21，则钻机10切断。操作键21也可以包含闭锁机构，该闭锁机构在没有连续操作该操作键21的情况下也允许钻机10的持久运转。
一旦按下操作键，操作键21就启动用于电动机14的控制装置23。控制装置23控制电动机14的旋转方向并且有选择地也控制电动机14的功率输出。根据电动机14的类型，控制装置23以不同的方式控制电动机14的旋转方向。在机械换向的直流电动机例如通用式电动机中，根据期望的旋转方向设定流过线圈的电流方向。在异步的交流电动机或者电子换向的直流电动机中，通过给电动机14的线圈供电的时序来预定旋转方向。
钻机10给使用者施加反作用转矩，其作为对由钻头19传递到工件上的转矩的反应而产生。只要工件在钻孔时屈服，反作用转矩是较小的。在钻头在工件中堵转时，由于冲击式地制动的旋转构件组而产生较高的反作用的转矩。使用者不能再充分地抵制该反作用转矩，所以整个钻机10连同把手12开始围绕钻头19的旋转轴线旋转。现在为了预防使用者受伤，有利的是，把手12与所有旋转的构件组或者至少一部分旋转的构件组脱开耦联和/或制动，以便预防使用者的受伤。
图2描述钻机10的控制方法，该方法考虑钻头19的堵转。如果使用者对操作键21进行操作(接通情况100)，则控制装置23被启动或激活(起动动作101)。响应于控制装置23的控制信号，电动机14与电源22连接并且在工作方向20上旋转(运转动作102)。主轴15和装入工具座18中的钻头19前进地即在工作方向20上旋转。一旦使用者松开操作键21(切断情况103)，则电动机14与电源22断开(停止动作104)。另外，控制装置23可以主动地制动电动机14。为此例如线圈被断路。
只要钻机10运转，也就是说使用者对操作键21进行操作，传感装置24就在钻头19的堵转方面监控运转行为(监控动作105)。一旦传感装置24识别堵转(堵转情况106，时刻t0)，电动机14的旋转方向就被换向旋转。为此，电动机14主动地制动，直至停止(安全动作107)。直至电动机14停止的第一持续时间T1此外与电动机14的转矩有关。一旦达到电动机14的停止，电动机就立即接着后退地逆着之前的工作方向20加速(反向动作108)。对于例如在25ms至1000ms之间、优选在25ms至200ms之间的第二持续时间T2，电动机14后退地旋转。与探测到堵转的时刻相比，电动机14往回旋转一定的角度。主轴15和钻头19至少部分跟随电动机14的后退的旋转运动。由于在传力路径中的部件例如主轴15和钻头19的惯性和弹性，这些部件在堵转期间扭转并且在电动机14的后退旋转期间卸载。紧接着第二持续时间T2，旋转方向重新变化并且电动机14又前进地旋转(运转接受动作109)。如果传感装置适宜地在后退旋转期间被停止工作的话，则传感装置24再次监控运转行为。
通过安全动作107和反向动作108以及紧接着的运转接受动作109，在电动机14以一定的角度回退一次之后，经常没有排除堵转的原因。传感装置24重新识别到堵转(堵转情况106，时刻t1)，并且在这种情况下重新触发电动机14的回退，即安全动作107、反向动作108和紧接着的运转接受动作109。因此电动机14的旋转方向基本上在多个循环中周期性地变化。在这些多个循环期间，电动机14持续地运转。只是由电动机施加的转矩的的转向从沿着工作方向20变化成相反的方向(安全动作107、反向动作108)并又变成工作方向(运转接受动作109)。仅在使用者松开操作键21时才切断电动机14(切断情况103)。
在一种实施形式中，传感装置24在机壳11或把手12上具有一个或多个加速度传感器25，所述加速度传感器优选相对于主轴15的旋转轴线26错开地设置。加速度传感器25探测机壳11的旋转运动。探测的加速度值被处理并且与一个表示堵转特征的度量比较。度量例如可以基于实际的加速度值和加速度值历史。一旦度量超过一个阈值，则传感装置24将其识别为堵转(堵转情况105)。在20ms至2000ms内重新堵转的识别可以借助于与之前堵转的识别不同的其它准则进行。尤其是可以设置较小的阈值。
在另一实施形式中，传感装置24具有一个和多个电流传感器27，它们探测电动机14的功率消耗。如果钻头19在堵转前不久艰难地旋转，则功率消耗典型地跳跃式上升。电流传感器27例如可以包含在电子换向电动机的电动机控制器中。用于识别堵转的度量可以基于电流值和/或基于上述加速度值。
电动机14后退旋转的第二持续时间T2对于钻机10可以固定地设定。在一种实施形式中设置传感装置28，其确定工具座18的旋转方向。在确定工具座18后退旋转例如2°至5°的角度之后，结束第二持续时间T2并且电动机14又前进旋转。传感装置28例如可以借助于感应式传感器探测工具座的旋转。
另一实施形式在第二持续时间T2期间确定作用在主轴15上的转矩，即由电动机14输出的转矩。一旦转矩降到一个阈值以下，则结束第二持续时间T2。设定，负载降低的电动机14输出较小的转矩。一旦钻头19和其它要被旋转的元件15、16、17、18克服它们的惯性矩加速和后退旋转，则负载降低。
在另一实施形式中，包括多个应变传感器的传感装置29探测主轴15的应力。如果传感装置28探测到应力下降到一个阈值以下，则结束第二持续时间T2。如果钻头19后退旋转并且不继续或者以很小的程度加速，则应力减小。
触发第二持续时间T2结束的方法和传感装置可以按多种方式组合。另外，第二持续时间T2可以限制于例如10ms至25ms的预定的最大值。
各实施形式表示本发明的示例。它们不能限制性地解释，尤其是在描述的动作之间可以实施其它动作，只要这不是显然有另外要求的。

Claims (9)

1.用于旋转式的手持式工具机(10)、尤其是钻机的控制方法，在该控制方法中，对探测出旋转的工具(24)的堵转做出响应，产生驱动的电动机(19)在与其堵转之前的旋转方向(20)相比将其旋转方向逆转一定的持续时间，并且直接紧接着又在堵转之前的旋转方向(20)上旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述持续时间为25ms～1000ms。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：传感装置(28、29)探测工具(19)逆着工作方向(20)的旋转并且对此做出响应地促使电动机(14)在堵转之前的旋转方向(20)上旋转。
4.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：传感装置(27)基于电动机(14)的功率消耗来识别工具的堵转。
5.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：传感装置基于手持式工具机(10)的旋转加速度(25)识别工具的堵转。
6.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：探测在堵转时手持式工具机(10)的机壳(11)或把手(12)的旋转加速度并且根据探测的旋转加速度确定所述持续时间。
7.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：在第一堵转情况之后，在第二持续时间上减小用于识别堵转情况的阈值。
8.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于：旋转方向在第一次堵转之后至少五次周期变化。
9.旋转式的手持式工具机(10)，其包括：电动机(14)，用于驱动旋转的工具(19)；传感装置，用于探测该工具(19)的堵转；控制装置(23)，该控制装置对通过传感装置探测的堵转做出响应，使在堵转之前的电动机的旋转方向逆转预定的持续时间，并直接紧接着重新促使在该旋转方向上旋转电动机(14)。
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