CN102528772B - 电动工具机在达到电流极限值时的电子关断 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动工具机、尤其是锤钻，具有一个可借助电动机驱动的刀具轴，其中，电动工具机包括一个电子的控制单元，该控制单元在刀具轴卡住时根据电流实际值制动或关断该电动机。本发明还涉及一种用于使尤其是根据本发明的电动工具机、尤其是锤钻的电动机关断的方法，该电动工具机具有一个可借助电动机驱动的刀具轴，其中，当对于电动机的驱动必要的电流实际值在一个限定的时间间隔上超过一个电流极限值时，关断或制动该电动机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动工具机、尤其是锤钻，包括一个可借助电动机驱动的刀具轴，以及涉及一种用于使尤其是根据本发明的电动工具机的电动机关断的方法。
背景技术
对于钻机已知的是，这样地设置保险离合器，即：当钻头例如在墙或另一工件中扭曲时，或者当刀具接收装置卡住时，钻机不会未加控制地继续旋转。一种这样的钻机例如在DE 10002748A1中公开。一种这样的保险离合器构造为卡锁离合器并且从一个确定的转矩开始被打开，使得扭曲的钻头或者卡住的动力头即便在电动机继续被驱动时不会继续旋转。由此保护操作者。
此外已知的是，限制在卡住情况中典型地出现的电机转矩。这例如在文献DE10341975A1中公开，该文献教导的是根据转速将电机电流限制在最大许可值。
发明内容
本发明的任务是，创造一种非常紧凑的、可成本有利地制造的电动工具机，在该电动工具机中用于对钻头和/或动力头的卡住情况进行保险的保险离合器可针对装置专门地配置。
该任务通过电动工具机、尤其是锤钻解决，该电动工具机包括一个可借助电动机驱动的刀具轴，其中，该电动工具机包括一个电子的控制单元，该电子的控制单元在刀具轴被卡住时根据电动机的电机电流的电流实际值来制动或关断该电动机。
本发明意义上的电动机制动是指电动机的短路，本发明意义上的电动机关断是指电动机的空转。因此，在刚性的刀具轴驱动的情况下，不仅电动机的制动而且电动机的关断都导致刀具轴的停止运转并且由此导致刀具的停止运转。
因此，这样的电动工具机不需要机械的保险离合器，而是通过电子的控制单元取代机械的保险离合器。因此，在根据本发明的电动工具机中省去了机械的保险离合器和在传统的电动工具机中在刀具轴上所需的结构空间以及对于机械的保险离合器的安装必要的装配耗费，并且该构件本身被节省。
为了检测电流实际值，控制单元优选包括一个测量单元。当电流实际值在一个限定的时间间隔上超过一个电流极限值时，电动机优选被制动或关断。为了检测限定的时间间隔，该控制单元优选包括一个计数器。
电流极限值和/或限定的时间间隔优选是可配置的，使得取代保险离合器的控制单元可针对装置专门配置。
在一种优选的实施方式中，电流极限值和/或限定的时间间隔被这样地设置，使得在电流极限值被超过之后刀具轴继续旋转小于一转，优选小于二分之一转，由此该电动工具机在卡住情况下尽可能不会未加控制地旋转。
特别优选的是，限定的时间间隔在此这样地设置，使得它最高对应于刀具轴的二分之一转、十分特别优选地最高对应于刀具轴的四分之一转。这考虑到了，电动机仅仅由于电动工具机的旋转能量、但是也由于其它影响(例如操作者的把持和/或被加工工件的材料特性)在电动机关断之后仍继续旋转。
同样优选的是，限定的时间间隔最高为80ms，特别优选最高为40ms，十分特别优选最高为20ms。该时间间隔根据电动工具机的特性、尤其是根据其惯性矩而大致对应于刀具轴的二分之一至四分之一转。但是根据电动工具机也优选其它的时间间隔。
在一种优选的实施方式中，控制单元包括一个存储单元，电流极限值和/或限定的时间间隔可从该存储单元取得。电流极限值和/或限定的时间间隔可在开发的范围中确定，使得在一种实施方式中优选的是，电动工具机被预配置。在此不仅优选的是，为了控制而设置恰好一个电流极限值和/或恰好一个限定的时间间隔。但是同样优选的是，电流极限值和/或限定的时间间隔取决于电动机的转速实际值和/或转矩曲线，转矩曲线是转矩在时间上的变化。为了检测这样的转矩曲线和/或这样的转速实际值，控制单元优选包括另一个测量单元。例如通过查找表可从存储单元取得与转矩曲线和/或转速实际值对应的电流极限值和/或限定的时间间隔。
附加于或替代该存储单元，但是同样优选的是，控制单元包括一个计算单元，用于控制控制单元，和/或用于根据转速实际值和/或转矩曲线计算电流极限值和/或限定的时间间隔。该实施方式具有如下优点：不需要电动工具机的针对装置专门的预配置，因为电流极限值和/或限定的时间间隔的计算可以表格方式在装置上一级地存储在控制单元中。
根据本发明的电动工具机的电动机优选构造为直流电机。
该任务还通过一种用于使根据本发明的电动工具机、尤其是锤钻的电动机关断的方法解决，该电动工具机具有一个可借助电动机驱动的刀具轴，其中，当对于电动机的驱动必要的电流实际值在一个限定的时间间隔上超过一个电流极限值时，使电动机关断和/或制动。
该方法能够实现用于尤其是根据本发明的电动工具机的电子的保险离合器。优选的是，用于执行该方法的电流极限值和/或限定的时间间隔是可配置的，使得取代保险离合器的控制单元可针对装置专门配置。
优选的是，这样地设置限定的时间间隔，使得它最高对应于刀具轴的二分之一转、特别优选地最高对应于刀具轴的四分之一转，从而在电机电流关断之后电动机尽可能不会未加控制地继续旋转。
在一种优选的实施方式中，根据电动机的转速实际值和/或转矩曲线计算电动工具机的电流极限值和/或限定的时间间隔，使得也省去电动工具机的预配置。
附图说明
下面根据附图描述本发明。附图仅仅是举例的并且不限制普遍的发明构思。
图1示出根据本发明的电动工具机、在此为锤钻，
图2示意地示出具有控制单元的电动工具机，和
图3在图3(a)和图3(b)中示出电流实际值的两种可能的变化过程。
具体实施方式
图1示出一个根据本发明的电动工具机1，在此为一个借助蓄电池9驱动的锤钻。在下面同义地使用电动工具机1和锤钻的概念。
锤钻1具有一个刀具轴3，该刀具轴可通过电动机2(见图2)驱动。刀具轴3在此示意地绘出。在此，一个在需要时设置在电动机2的电机轴(未示出)与刀具轴3之间的传动装置在这里以及在下面没有被示出。在刀具轴3上可借助一个刀具接收装置13不可相对转动地设置一个刀具31，在此例如是钻头31(见图2)，其中，钻头31在刀具轴3被驱动时随着该刀具轴一起在旋转方向32上旋转。在下面同义地使用刀具31和钻头的概念。
电动机2，其在这里构造为直流电机，可由操作者通过一个操作开关11接通。此外，锤钻1具有一个转换开关12，通过该转换开关可切换旋转方向32，被驱动的刀具轴3在该旋转方向上旋转。
当钻头31扭曲或刀具接收装置13卡住时，电动机2仍被驱动，尽管刀具轴3不再旋转。由此锤钻1旋转。为了保护操作者，本锤钻1具有一个控制装置4(见图2)。
此外图1示意地示出刀具轴3的一个旋转角α，在此为四分之一转。
图2示意地示出具有控制单元4的电动工具机1。
该控制单元4包括一个测量单元51，通过该测量单元测量电机电流I的电流实际值IIST。如果电流实际值IIST超过电流极限值IGRENZ，则计数器6开始运行，该计数器对限定的时间间隔TDEF的长度计数。如果电流实际值IIST在整个限定的时间间隔TDEF期间超过电流极限值IGRENZ，则被设置用于控制控制单元4的计算单元8打开电机电流I的电流回路91中的开关10，使得该电流回路中断并且电动机2不再被驱动。图2因此示出通过中断电流回路I的电动机2关断，以及由此示出电动机2的空转。因为电动机2在这样的关断时不是有源地被制动，该电动机惯性运转直到所存储的动能耗尽为止。变换地，电动机2通过控制单元4电地制动，其方式是该电动机被短路或者被改换极性，例如借助一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。对于该情况优选可行的是，所存储的剩余能量被馈送回到驱动电动机2的蓄电池9、例如锂离子蓄电池中。
同样优选一种实施方式，其中当电流实际值IIST在超过电流极限值IGRENZ之后虽然再次在需要时以一个限定的数值(未示出)低于该电流极限值、但此后在一个较短的限定的时间间隔(未示出)内和/或以另一个限定的数值(未示出)重新超过该电流极限值时，也对限定的时间间隔TDEF继续计数。
电流极限值IGRENZ和/或限定的时间间隔TDEF优选这样地设置，使得在电流极限值IGRENZ被超过之后测得的电动机2的旋转对应于小于为刀具轴3的一转的转动角α(见图1)，优选小于刀具轴3的二分之一转。该旋转角α从电流实际值IIST超过电流极限值IGRENZ的时间点开始由与限定的时间间隔TDEF相对应的第一部分和在开关10打开之后的第二部分组成，第二部分由仍存储在锤钻1中的旋转能量得出。此外，该旋转角α受到操作者、尤其是他的把持或者他多牢固地保持该锤钻1以及被加工的工件(未示出)、尤其是其材料特性的影响。此外，该旋转角α取决于锤钻1的特性、尤其是其惯性矩，使得在锤钻1较重时在限定的时间间隔TDEF相同的情况下得到另一个旋转角α。
该限定的时间间隔TDEF优选这样地设置，使得它最高对应于为刀具轴3的二分之一转的旋转角α，特别优选最高对应于为刀具轴3的四分之一转的旋转角α。根据所使用的锤钻，二分之一转至四分之一的旋转角α大致对应于20ms至80ms的限定的时间间隔TDEF。但是在需要时对装置专门地优选另一个限定的时间间隔TDEF。
如果电机电流I的电流实际值IIST升高到电流极限值IGRENZ上方，则控制单元4使电机电流-动力传动系、尤其是刀具轴3关断，以便限制作用在操作者上的转矩。根据所选的限定的时间间隔TDEF，锤钻1仅能够在维持该转矩的情况下围绕刀具轴线旋转与限定的时间间隔TDEF相对应的若干分之一转。附加地，它在较小的力矩下仍以由旋转能量和其它影响合成的数值旋转。
因为锤钻1继续运行的旋转角α取决于锤钻1的所存储的旋转能量和/或性能，所以优选针对装置专门确定电流极限值IGRENZ和/或限定的时间间隔TDEF，并且可调用地存储在控制单元4的存储单元7中。在此，在另一种实施方式中优选的是，根据被驱动的锤钻的性能、尤其是根据电动机2的转矩曲线M(t)和/或转速nIST存储不同的电流极限值IGRENZ和/或限定的时间间隔TDEF。变换地或附加地优选的是，根据这些性能、尤其是根据电动机2的转矩曲线M(t)和/或转速nIST在计算单元8中计算电流极限值IGRENZ和/或限定的时间间隔TDEF。为此，该控制单元4在一种优选的实施方式中还包括一个测量单元52、53，用于测量这些特性，尤其是用于测量电动机2的转矩曲线M(t)和/或转速nIST。
优选的是，至少该计算单元8以及计数器6、特别优选还有该存储单元7设置在一个唯一的集成的模块中。在此优选的是，计算单元8构造为微处理器(CPU，中央处理单元)，集成的模块是微控制器。但是计算单元8也可实施为另一个可编程的电子模块，例如构造为PLD(可编程的逻辑装置)或者FPGA(现场可编程门阵列)。此外，计数器6和/或存储单元7也可实现为独立的模块。
图3在图3(a)和图3(b)中示出电流实际值IIST的两个可能的变化过程。
一旦电流实际值IIST超过电流极限值IGRENZ，则计数器6(见图2)开始计算限定的时间间隔TDEF的长度。如果电流实际值IIST在整个限定的时间间隔TDEF上超过电流极限值IGRENZ，则借助控制单元4打开电机电流I的电流回路91中的开关10，使得电机电流I被关断，并且电动机2不再被驱动。
图3(a)除了电流实际值IIST和电流极限值IGRENZ的曲线外还示出被电子地控制的最大许可的电机电流IMAX以及根据标准EN60745在电子装置失效时最大许可的电机电流INORM。
电机电流I因此被限制在最大许可的电机电流IMAX。原则上可行的是，电机电流I在从电流极限IGRENZ开始无限陡峭地上升时在整个限定的时间间隔TDEF中贴靠在电流极限上。这由图3(b)示出。
在卡住情况下，所需的转矩和由此电机电流I的电流实际值IIST上升。在根据本发明的锤钻1中，该上升被电子地允许，但是仅直到最大许可的电流极限IMAX。
Claims (20)
1.电动工具机(1)，具有一个可借助电动机(2)驱动的刀具轴(3)，其中，所述电动工具机包括一个电子的控制单元(4)，所述控制单元在所述刀具轴(3)被卡住时根据电流实际值(IIST)制动或关断所述电动机(2)，其特征在于，设置电流极限值(IGRENZ)和限定的时间间隔(TDEF)，使得所述电动机(2)在所述电流极限值(IGRENZ)被超过之后的继续旋转对应于小于所述刀具轴(3)的一转，其中，当所述电流实际值(IIST)在所述限定的时间间隔(TDEF)上超过所述电流极限值(IGRENZ)时，所述电动机(2)被关断。
2.根据权利要求1所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述控制单元(4)包括一个用于检测所述电流实际值(IIST)的测量单元(5)。
3.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述控制单元(4)为了检测所述限定的时间间隔(TDEF)包括一个计数器(6)。
4.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)是可预配置的。
5.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述限定的时间间隔(TDEF)被这样地设置，使得所述限定的时间间隔最高对应于所述刀具轴(3)的二分之一转。
6.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述限定的时间间隔(TDEF)最高为80ms。
7.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述控制单元(4)包括一个存储单元(7)，从该存储单元可取得所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)。
8.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述控制单元(4)包括一个用于控制所述控制单元(4)和/或用于计算所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)的计算单元(8)。
9.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)取决于所述电动机(2)的转速实际值(nIST)和/或转矩曲线(M(t))。
10.根据权利要求1或2所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述电动机(2)是直流电机。
11.根据权利要求1所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述电动工具机是锤钻。
12.根据权利要求1所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)被这样地设置，使得所述电动机(2)在所述电流极限值(IGRENZ)被超过之后的继续旋转对应于小于刀具轴(3)的二分之一转。
13.根据权利要求5所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述限定的时间间隔(TDEF)被这样地设置，使得所述限定的时间间隔最高对应于所述刀具轴(3)的四分之一转。
14.根据权利要求6所述的电动工具机(1)，其特征在于，所述限定的时间间隔(TDEF)最高为40ms。
15.用于使根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机(1)的电动机(2)关断的方法，该电动工具机具有一个可借助电动机(2)驱动的刀具轴(3)，其中，当一个对于所述电动机(2)的驱动必要的电流实际值(IIST)在一个限定的时间间隔(TDEF)上超过一个电流极限值(IGRENZ)时，关断或制动所述电动机(2)，其特征在于，所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)被这样地设置，使得所述电动机(2)在所述电流极限值(IGRENZ)被超过之后的继续旋转对应于小于所述刀具轴(3)的一转。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，这样地设置所述限定的时间间隔(TDEF)，使得所述限定的时间间隔最高对应于所述刀具轴(3)的二分之一转。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，根据所述电动机(2)的转速实际值(nIST)和/或转矩曲线(M(t))计算所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电流极限值(IGRENZ)和/或所述限定的时间间隔(TDEF)被这样地设置，使得所述电动机(2)在所述电流极限值(IGRENZ)被超过之后的继续旋转对应于小于刀具轴(3)的二分之一转。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，这样地设置所述限定的时间间隔(TDEF)，使得所述限定的时间间隔最高对应于所述刀具轴(3)的四分之一转。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电动工具机是锤钻。
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