CN102528770A - 用于工具设备的控制方法和工具设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工具设备的控制方法和工具设备。用于工具设备的控制方法包括运行模式和安全模式。在所述运行模式中，马达驱动工具夹头旋转。所述马达在运行模式中具有处在至少一个运行参数值水平上的功率消耗。当传感装置测知工具夹头旋转卡阻时，所述安全模式被触发。在安全模式中，设于马达与工具夹头之间的传动系中的能由电信号操控的接合器被周期性地打开和闭合，以及马达的功率消耗相对所述运行参数值而言被降低。

Description

用于工具设备的控制方法和工具设备
技术领域
本发明涉及一种用于工具设备的控制方法和一种工具设备.
发明内容
本发明的用于工具设备的控制方法包括运行模式和安全模式。在所述运行模式中，马达驱动工具夹头围绕工作轴线旋转。所述马达在运行模式中具有处在至少一个运行参数值水平上的功率消耗。当传感装置测知工具夹头旋转卡阻时，所述安全模式被触发。在安全模式中，设于马达与工具夹头之间的传动系中的能由电信号操控的接合器被周期性地打开和闭合，以及，马达的功率消耗相对所述运行参数值而言被降低。
在安全模式中马达的功率消耗相对运行参数值而言被降低。同时，马达重复地与工具夹头脱联以及重新与工具夹头耦联。被插入工具夹头中的工具在安全模式中脉动式旋转。
附图说明
下文将参照示范性的实施方式和附图对本发明进行阐述。附图中：
图1为钻锤；
图2为钻锤的可操控的接合器的开关序列图；
图3为钻锤的工具夹头上作用的扭矩的时间变化图；
图4为流变接合器。
在无其他的注释的情况下，在附图中采用同样的附图标记对相同的或者功能相同的元件进行标注。
具体实施方式
图1示意性地示出一个钻锤1。该钻锤1具有一个工具夹头2，在该工具夹头中可以插入一钻头3作为工具。驱动冲击机构5和输出轴6的马达4构成了钻锤1的主驱动装置。使用者可以借助手柄7握持钻锤1和借助系统开关8运行该钻锤1。在运行中，钻锤1使钻头3连续地围绕工作轴线9旋转并且同时能够沿工作轴线9撞击该钻头3使之进入被钻基体。
冲击机构5例如是一个气动的冲击机构5。在该冲击机构5内一个压气活塞(Erreger，激励体)10和一个冲击锤11沿工作轴线9可活动地被引导。压气活塞10通过一个偏心轮12或者一个摆动销与马达4耦联并被强制进行周期性的直线运动。由在压气活塞10与冲击锤11之间的气动室18构成的空气弹簧使得冲击锤11的运动与压气活塞10的运动耦联。该冲击锤11可以直接撞击钻头3的后端部或者通过一个基本上静止的中间冲击锤14间接地将其动量的一部分传递到钻头3上。
工具夹头2具有一个套筒15，钻头3的一端可以插入该套筒中。该套筒15中的锁止元件防止钻头3脱落。该套筒15具有在内侧的、与钻头3形状锁合的、非旋转对称的轮廓，该轮廓将扭矩从所述套筒15传递给钻头3。在该套筒15中例如可以设置有径向内伸的销子或者滚珠16。
扭矩由马达4提供并通过传动系被传送到套筒15上。所述传动系包括例如输出轴6和马达4与该输出轴6之间的传动机构17。所述传动机构17例如能够使马达4的转速适配于所希望的钻头3转速。传动系中一个可电操控的、外部操纵的接合器20能够对发送到该接合器20的控制信号21作出反应而中断马达4与套筒15之间的扭矩传递。
通过马达控制系统22可以将马达4的转速控制在一个额定值上或者限制在一最大值上。马达4在运行中的功率消耗，即运行参数值，优选大约与马达4的额定功率相等，由此获得功率与重量的最佳比率。优选所述马达4为电动机，特别是机械换向的通用电动机。该电动机由电池或者通过电网接头23供电。或者作为选择，也可以使用例如需要供应气态或者液态燃料的内燃机。
一个安全装置24例如借助加速度传感器25检测钻锤1的旋转运动，特别是钻锤1的手柄7围绕工作轴线9的旋转运动。所述加速度传感器25例如与工作轴线9保持间隔地设置。钻锤1旋转是钻头3在被钻基体内发生旋转卡阻的典型征兆。使用者不能再对手柄7施以足够的保持力矩以抵抗钻锤1作用于被钻基体上的扭矩。为了防止使用者可能受伤，例如手腕扭伤，通过一个安全模式可控地中断所述钻锤1的运行。
加速度传感器25的信号被传送给安全装置24的分析装置26。在分析装置26的存储装置27中存储有一个或者多个对应于旋转卡阻的信号的样本。所述样本例如可以是加速值的阈值，求积分的(aufintegrierte)加速值的极限值等等。当所述信号与一个样本吻合时，所述分析装置26便触发所述安全模式。
图2示出的是可操控的接合器20在时间上的开关操纵状态，其中，在时间点t1处运行模式29被安全模式30接替。在运行模式29中，可操控的接合器20持续接合(状态C)以传递扭矩。在安全模式30中，可操控的接合器20通过分析装置26的控制信号21多次周期性地脱开(状态O)和接合。由此马达4重复交替地与工具夹头2及其套筒15脱联和耦联。可操控的接合器20循环地在第一相位T1脱开和在第二相位T2接合。循环主要由第一相位T1和第二相位T2构成。
由于钻锤的惯性之故，钻锤1对分析装置26的开关循环的反应有滞后。在可操控的接合器20接合时，工具夹头2上作用的扭矩M在第二相位T2期间上升。扭矩传递的延迟/滞后由传动系中运动元件的惯性所致。在图3中示意性地示出了工具夹头2上作用的扭矩M。优选如此选择第二相位T2的持续时间，即，使得所作用的扭矩M达到马达4瞬时能够输出的最大值M0。优选接合器20的保持力矩大于马达4的该最大值M0。不出现打滑现象。优选接合器20在此负载下不开始打滑。可以事先选定第二相位T2的持续时间，例如在2毫秒至5毫秒的范围内。
优选一个循环周期的总持续时间T通过对第一相位T1的选择被控制在20毫秒至50毫秒之间的范围内。因此打开与闭合的重复率是在20Hz至50Hz之间的范围内。由钻锤1通过周期性传递的接合器20施加给使用者的负荷能够通过手柄7与机壳31之间的附加阻尼元件30得以抑制。
在安全模式下，马达4的供电被中断。例如，马达控制系统22可以借助一个或者多个开关元件32来中断对马达4的供电。马达4从主能源处，例如在电动机的情况下从电网接头23或者电池处，得不到动力。在先前的运行模式中，旋转能量被储存在钻锤1的、特别是马达4的旋转部件中。由于轴承的摩擦力小，所述旋转能量在马达4通过可操控的接合器20与工具夹头2脱联之时在第一相位T1期间保持不变。在第二相位T2期间，马达4通过将扭矩传递给传动系，也就是说输出轴6、工具夹头2和钻头3而做功。其中，马达4的旋转能量伴随每个第二相位T2在减弱。已经得到证明，优选使用的转速在10,000转/分钟以上的电动机足以能够储存至少10次接合过程所用的旋转能量，并且在所述10次接合过程中所述马达4能够输出其运行模式时的额定扭矩的至少90％的峰值扭矩M0。
安全装置24在安全模式期间检测工具设备1围绕工作轴线9的旋转加速度。如果在一循环期间反向于钻头3旋转方向的旋转加速度低于阈值的话，便终止安全模式。所述阈值例如为20m/s/s。所述阈值的大小视使用者可提供的保持力矩而定。钻孔机1转换进入运行模式29。马达4被重新连接于其功率消耗的能源。马达4典型地重新加速到其额定转速。可操控的接合器20的交替接合和脱开被终止，并且该可操控的接合器20持续接合。
代替第二相位T2的被固定调准的持续时间，也可以在安全模式期间动态地确定该持续时间。扭矩传感装置40能够检测由马达4输出的扭矩和在工具夹头2上作用的扭矩并进行比较。这样的扭矩传感装置40例如可以基于分别在可操控的接合器20前面的一个转速测量器41和后面的一个转速测量器42。一旦由两个转速测量器41、42所测得的转速相一致，马达4的扭矩便被全部传递。分析装置26发出使可操控的接合器20脱开的控制信号21并由此终止这次循环中的第二相位T2。另外还可以规定一个最大值，该最大值限制了使可操控的接合器20接合的第二相位T2的持续时间。
另一个实施方式具有如下的设计，即，在安全模式期间马达4的转速受到监控。如果转速落在事先给定的阈值以下的话，所述马达4在此期间就与能源供应接通。该阈值优选为马达4在运行模式时的额定转速的20％至70％之间。另一个实施方式具有如下的设计，即，将马达4的转速抑制(制动)到相当于额定转速的20％至70％之间范围内的一个数值，例如上述阈值。该抑制(制动)作用例如通过马达4的发电运行而能够支持接合器20中的消耗，所产生的电功率可以通过负载阻抗被耗散。
另一实施方式设置有这样一个可操控的接合器20，该接合器能够在第一模式中传递第一扭矩以及在第二模式中传递第二扭矩。该第二扭矩的大小优选为所述第一扭矩的20％至50％之间。在安全模式下，接合器20在第一模式与第二模式之间交替转换。该接合器20能够在第一模式中保持第一相位T1状态和在第二模式中保持第二相位T2状态。所述马达4始终与工具夹头2耦联并且因此连续地耗散其旋转能量。
图4示出的是作为范例的流变接合器50，该接合器特别适合作为可操控的接合器20的结构。该流变接合器50具有一个罩壳51，在该罩壳内围绕旋转轴线51可旋转地设置有一个优选圆柱状的顶端件52。罩壳51可以与第一轴53相连接，顶端件52可以与第二轴54相连接。通过密封件56，例如第二轴54上的O型环，封闭构成了罩壳51的一个空腔55，顶端件52就位于其中。
在空腔55中充填有流变液体。该流变液体含有磁性微粒，特别是铁微粒，这些微粒在液体中施加的磁场的作用下定向排列。在此，使流变液体的粘度得到提高，并使扭矩在顶端件52与罩壳51之间实现传递。在罩壳51的旁边或者围绕该罩壳51设置有电磁线圈57，借助该电磁线圈能够施加一个穿过空腔55和流变液体的磁场。电磁线圈57受安全装置24的控制信号21控制。在第一相位T1期间，有电流流过电磁线圈57。在第二相位期间则没有电流或者有与第一相位T1相比至少少于50％的电流流过电磁线圈57。
一种可选的实施方式设计有一永久磁铁。为了使可操控的接合器脱开，一个辅助电磁线圈产生一个与永久磁铁在空腔内所产生的磁场相抗衡的磁场。在第一相位T1期间，有电流流过电磁线圈，在第二相位T2期间则没有电流流过电磁线圈。
所描述的实施例是针对一种钻锤，作为带有旋转工具的手持式工具设备的例子。本发明同样包括其他的带有旋转工具的手持式工具设备，该旋转工具沿旋转轴线钻入工件中，例如金刚石钻机。

Claims (8)

1.用于工具设备的控制方法，其包括运行模式(28)和安全模式(29)，其中
在所述运行模式中，马达(4)驱动工具夹头(2)围绕工作轴线(9)旋转并且所述马达(4)的功率消耗此时具有至少一个运行参数值；以及
当安全装置(24)测知所述工具夹头(2)旋转卡阻时，所述安全模式被触发，其中，在所述安全模式中，一接合器(20)的扭矩限制发生周期性变化并且马达(4)的功率消耗相对所述运行参数值而言被降低，所述接合器是设置在马达(4)与工具夹头(2)之间的传动系中并且能由电信号操控。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在所述安全模式中，能由电信号操控的所述接合器(20)周期性地脱开和接合。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于：所述马达(4)在所述安全模式中与能源供应(23)断开。
4.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于：用一传感装置检测所述工具设备围绕所述工作轴线的旋转加速度，以及，当该旋转加速度低于一阈值时，终止所述安全模式和重新开始所述运行模式。
5.工具设备，其包括：
用以夹持工具的工具夹头(2)，
马达(4)，
传动系(6，17)，该传动系将马达的旋转运动传递给所述工具夹头，
能由电信号操控的接合器(20)，
传感装置(25)，该传感装置在所述工具夹头(2)旋转卡阻时发出控制信号，
分析装置(26)，该分析装置对所述控制信号作出反应而使可操控的接合器(20)的扭矩限制发生周期性的变化，
马达控制系统(22)，该马达控制系统对所述控制信号作出反应而降低所述马达的功率消耗。
6.如权利要求5所述的工具设备，其特征在于：所述马达控制系统(22)具有用于中断所述马达(4)的能源供应(23)的开关元件(32)并且对所述控制信号(21)作出反应而中断所述能源供应(23)。
7.如权利要求5或6所述的工具设备，其特征在于：所述可操控的接合器(20，50)含有流变液体。
8.如权利要求7所述的工具设备，其特征在于：所述可操控的接合器(20，50)具有一顶端件(52)和在径向方向包围该顶端件(52)的罩壳(51)，所述流变液体润湿所述顶端件(52)的径向外侧面和所述罩壳(51)的径向内侧面。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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