CN105555473A - 具有手持式动力工具和粗加工盘的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有手持式动力工具尤其是角磨机(1)的组件，其中动力工具(1)包括：外壳(2)、经由轴承(5)支撑在外壳(2)上的驱动轴(3)、用于驱动驱动轴(3)的驱动单元(4)、分别固定地附接到外壳(2)的柄部(6，7)以及用于将粗加工盘(9)紧固至驱动轴的紧固装置，其中所述组件还包括：用于检测功耗值(P)的第一传感器装置(11)或用于产生位置改变信息的项(19)的加速度传感器(18)、评估装置(13)以及输出装置(14)，其中所述评估装置(13)用于评估所检测的功耗值(P)或位置改变信息的项(19)，所述输出装置(14)用于输出通过评估装置(13)的评估的评估结果。

Description

具有手持式动力工具和粗加工盘的组件
技术领域
本发明涉及具有手持式动力工具和粗加工盘的组件。
背景技术
借助这种组件，能够加工工件。针对此，粗加工盘(roughingdisk)被紧固(具体地，被夹紧)在动力工具(具体为角磨机)上。粗加工盘具有平面加工区域，该区域的平面相对于动力工具的驱动轴的旋转轴大致径向延伸。该盘也可以在加工期间变形，使得在一些情况下加工区域不再是精确的平面。因此，基本上平行于粗加工盘而被对准的工件区域被加工。粗加工盘通常经由电动马达驱动。操作者使用两个柄部引导动力工具并进行工件的加工。与此相对，切割盘用于在大致径向方向上将切口引入工件中。本发明明确不涉及具有切割盘的组件；本申请处理“特定粗加工”的问题。
由于加工操作以手持的方式进行，加工操作的质量和加工结果很大程度上取决于操作者的经验以及操作者的操作。已经发现由于不正确的操作而得到糟糕的加工结果。例如，操作不当往往导致粗加工盘磨损过量，但正确的操作将允许使用更少的粗加工盘获得加工结果成为可能。此外，不正确的操作也可能具有加工操作的持续时间被不必要地延长的影响。类似地，不正确的操作可具有损害工件表面的影响。此外，不正确的操作可具有产生对操作者健康不利的振动的影响；操作者仅可在一定时间内被暴露于这些振动，此后加工必须停止。
发明内容
因此本发明的目标是，提供在工件粗加工中关于加工结果、涉及的时间、要使用的粗加工盘的数量以及个人要求的优化。本发明所基于的目标通过根据权利要求1的组件和根据权利要求7的用于操作这种组件的方法来实现；优选的改进通过从属权利要求提供。
因此，与粗加工盘一起，具有手持式动力工具的组件包括外壳、经由轴承安装在外壳上的驱动轴、用于驱动驱动轴的驱动单元、分别固定地附接到外壳的柄部以及用于将粗加工盘紧固至驱动轴的紧固装置。该组件还包括用于感测功耗值的第一传感器装置、用于评估所感测的功耗值的评估装置以及用于输出通过评估装置的评估的评估结果的输出装置。术语“外壳”应在广义上理解并且也可包括动力工具的内部支撑结构。替代地或与用于感测功耗值的第一传感器装置组合，该组件包括用于产生位置改变信息的项的加速度传感器，所述位置改变信息的项由评估装置评估。
本发明的主旨具体是，在手持式动力工具处利用粗加工盘所执行的工作被监测并被研究，具体地关于其效率或有效性。原理上，所消耗的功率可以随后相对于加工结果(例如去除结果(removelresult))来设置；基于所消耗的功率的知识，随后能够确定工作操作是否正在或已经最佳地被执行，以及是否有改变的需求。改变的需求随后可经由输出装置传送至操作者。输出的简单形式可以是：“请更用力按”，例如，以便增加压紧(pressing)力，或“请改变相对工件的角度/使相对工件变得更平坦”，由此例如去除率能够被增加或表面的质量能够被提高。
加速度传感器可用于监测动力工具的运动。加工的质量在粗加工期间总是要求工具在表面上的摆动(oscillating)运动。这种足够的运动可经由加速度传感器来监测。在摆动运动不足的情况下，操作者可通过消息“请更多摆动”来意识到这点。
而且，加速度传感器也可用于监测不正常的振动(vibration)。这是因为原理上，这些振动往往不是由粗加工操作本身引起的，而是由无经验的操作者对动力工具的不正确或欠佳的操作引起。常规系统(包括不同于本文涉及的一种工具系统的工具系统)仅仅通过使用传感器记录操作者所暴露的振动程度而提供对不正常振动的监测；本发明通过向操作者提供有关不正确操作的消息或基于所确定的振动由根据本发明的组件引导操作者至改进的工作方式而设置自身远离这种振动。由于未尽可能多的被暴露到不正常振动，操作者每天可能更长时间执行粗加工工作。这种消息可以是“请以相对工件的更陡/更平的角度放置工具直到振动停止”或“请更多摆动”。
因此，下面的参数对于工件的粗加工质量和效率是至关重要的：粗加工盘被施加到工件的力；所述盘相对于待加工的工件的区域的隙角(clearanceangle)；执行加工所基于的摆动运动的性质和强度；旋转速度。在其中各个最佳参数被存储的特性图可针对不同的粗加工盘和用所述粗加工盘加工的工件而被存储。当产生评估结果时，这些存储的参数可被读出并与经由传感器所感测的实际状态比较。目的是以这种方式基于所输出的评估结果指导操作者尽可能接近特性图的最佳值，这使得根据任务获得期望的最优化是可能的。工具的旋转速度可根据所存储的参数自动地控制。
功耗值可包括使得可以推断出由粗加工研磨(grinding)操作引起的当前能量消耗的任意值或值的组合；例如，电流强度(如果工具是电驱动的)。然而，工具也可是气动或液压驱动的，那么，能量供给(energy-supplying)流体的相应值有可能被用作功耗值。评估装置评估所感测的功耗值并将评估结果传送至输出装置(具体为屏幕)，所述输出装置输出评估结果。
加速度传感器作为组件的组成部分可与动力工具分开形成。例如，加速度传感器可附接至操作者的手臂(包括手)，例如，附接至类似于健身臂带的臂带。加速度传感器可经由无线连接连接至评估单元。可替代地，评估单元可被集成到臂带中或附接至操作者的一些其它单元中。因此，实现根据本发明的概念的简单方式包括具有加速度传感器的专门编程的健身臂带，所述加速度传感器用于在粗加工操作期间监测运动。根据本发明，这种组件甚至使得有可能在不要求工具作任何变换的情况下使用常规动力工具。
在特别优选的改进中，提供第二传感器装置，其感测作用在驱动轴的轴承上的机械负荷值。评估装置随后评估所感测的机械负荷值和所感测的功耗值。该优选的改进基于这样的理念：机械负荷值的特定组合提供有关处理种类的重要信息。如在示例性实施例中详细解释的，从机械负荷值确定工件相对于动力工具的对准是可能的。由于正确的对准是工件的质量上高等级和高效加工的基本前提，所以这些感测的信息项随后可以用于指导操作者特别用于加工(并且如果需要纠正)。可替代地或与此组合地，机械负荷值随后也可与功耗值一起被处理，用于统计目的。这些统计目的一方面被用于货品计价(invoicing)的目的，另一方面也支持长期质量研究。
组件的各个元件必须附接于动力工具不是绝对必要的。例如，虽然如果一些传感器装置(或其部件)附接到工具是有利的，但是特别地评估装置和输出装置不必附接到工具自身，而是也可附接到远端布置的数据处理组件，所述数据处理组件随后特别是组件的组成部分。这种数据处理组件可经由数据连接，例如，经由短距离数据连接(蓝牙、WLAN、电缆束...)，或者另外也经由长距离连接，诸如因特网或电话连接而连接至动力工具至少一段时间。
如果动力工具具有加速度传感器是特别有利的。该加速度传感器感测外壳具体被暴露的加速度并将其转换为位置改变信息的项。这种位置改变信息的项可以是高频率种类(kind)，其是工具振动的指示。例如，如果操作者选择不是最佳的工具相对于工件的对准或产生不正确的压紧压力，则动力工具可在工件上开始震动。该震动随后例如通过改变对准或改变压紧压力而停止。相关的纠正信息的项随后可经由输出装置被传送至操作者。动力工具在横向方向上的突然加速也可以指示工具正向侧面偏离(veeringaway)(这可能由过度陡的隙角引起)。如果在此之后功耗也急剧下降，则该横向偏离被确认，因为该横向偏离之后紧接着是动力工具失去与工件的接触并因此不再有任何摩擦阻力。
如果所建议的纠正信息的项的实施基于加速度传感器而被检查，则也是特别有利的。例如，操作者可被纠正信息要求保持动力工具相对工件某种程度上更加平坦，这需要角运动。基于加速度传感器和从其获得的位置改变信息，能够检查出该角度变化是否也已被实际执行。如果是，则可输出一种确认信号；如果没有，则通过再次输出或连续输出纠正信息，更新的消息或连续的消息吸引对要被执行的角度变化的注意。
在优选的改进中，安装的粗加工盘由动力工具或组件的传感器装置来检测。动力工具的操作模式基于检测到的粗加工盘的类型而被选择或设置。可替代地，由使用者选择的操作模式也可被检查。传感器装置可以是光学传感器，其能够检测附接到粗加工盘的条形码。然而，其它检测方法也可被使用。如果安装的盘适合于加工钢材，则该工具可自动地以对应的高旋转速度而被操作。可替代地，可检查由使用者输入的旋转速度究竟是否适合利用该盘加工钢材，以及是否需要输出错误消息。
在优选的改进中，涉及各个粗加工盘的组件参数被存储，具体地以一个或多个特性图的形式。此类参数可具体包括最佳旋转速度、最佳隙角、针对特定材料的盘的适用性和/或粗加工盘的最长使用寿命。优选地，参数可被更新，具体地，基于经由至中央计算机单元的远程数据连接(例如，因特网)的连接设置来更新。执行评估所基于的特性图也可由操作者选择或读取。如果在动力工具上紧固了新盘，操作者可以使用输入装置通知组件该情况，例如，通过手动输入盘的类型号。
附图说明
以下基于附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出具有连接的粗加工盘的购买的动力工具；
图2示意性示出根据本发明的具有动力工具的组件的装配；
图3示出在不同对准期间工具上的机械负荷；
图4示出根据本发明的在组件的操作期间工作值的示图。
具体实施方式
在图1中，已知的动力工具以角磨机1的形式示出。该动力工具包括具有柄部6、7的外壳2，在加工操作期间，操作者能够在所述柄部处通过双手引导动力工具。动力工具1还具有驱动轴3，其安装在外壳2中。紧固至驱动轴3的是粗加工盘9。动力工具经由电源线8接收电能。然而，这种动力工具也可由其它能量源驱动，例如气动或液压驱动。
图2示出根据本发明的具有动力工具1的组件的示意性装配，在图2中所使用的动力工具1很大程度上基于如图1示出的已知角磨机1。在外壳2中示出了用于支承驱动轴3的轴承5。设置在轴承5上的是力传感器12，该力传感器能够感测作用在轴承5上的以力F5和力矩M5的形式的机械负荷(loading)值。力传感器可具体感测由于加工而发生在轴承上的垂直力分量F5H、水平力分量F5V以及发生的弯曲力矩M5。所感测的负荷值F、M传送至评估单元13。
也可以看到驱动马达4，其经由电源线8被供给电能。电流测量装置11确定在操作期间消耗的电流的强度，消耗的功率P能够从该电流强度确定。在操作期间所感测的功率P同样被传输至评估单元13。
另外，固定地附接到外壳2的是加速度传感器18，其能够感测外壳2的位置的任何改变并且能够将位置改变信息的合成项(resultantitem)19传输至评估单元13。位置改变信息的项应理解为不仅意味着绝对位置的改变而且意味着对准的改变，也就是说，尤其是横向加速度和旋转加速度。
在评估单元13上还提供了小屏幕14。该屏幕14能够输出纠正信息的项，其旨在用于操作者。这种纠正信息的项通过简单箭头17体现。输出可以可替代地或另外地以声音的方式发生。
屏幕14附接到工具2本身不是绝对必要的。评估也不一定必须发生在工具2中。例如，可提供的是，工具2经由数据连接16被连接至分开的、尤其是静止的数据处理单元15。评估单元或附加的评估单元13也可提供在该数据处理单元15上。而且，屏幕14或一些其它输出装置可被提供在数据处理单元15上，以便在数据处理单元15上输出评估结果。该数据处理单元可以是PC或笔记本电脑。
粗加工盘9通过常规紧固装置(未表示)固定地连接至驱动轴3，且适合以加工方式从工件10去除材料。通过示例，工件10在相对于粗加工盘9或相对于动力工具1的三个不同位置中被示出。工件通过符号10′被标记在第一位置并且通过实线来描绘。在此，粗加工盘9以约30°的隙角α与工件10角接触。由此可以看出，作为结果，支撑力F′作用在工件10′和粗加工盘9之间并且产生在水平方向(平行于盘/垂直于驱动轴)和垂直方向(垂直于盘/平行于驱动轴)二者上作用在轴承5上的力分量F5H、F5V，并且还产生弯曲力矩M′，所述弯曲力矩M′能够由轴承5吸收。由虚线表示的工件10″和10″′表示盘9相对于工件的可替代的相对对准。符号10″标记以在其中工件的待加工区域平行于盘或垂直于驱动轴3而被对准的对准的工件。符号10″′标记以以下对准的工件：工件的待加工区域以相对于盘9的约60°或更大的隙角而被对准。力F″和F″′随后分别对应于在相应状态中的压紧力。
图3示出如何从机械负荷值推断出盘相对于工件的对准。图3a在底部示出存在于工件10′和盘9之间的力F′。在力F′上面所表示的是作用在轴承6上的合成力分量F5V′、F5H′以及合成轴承力矩M5′。隙角α可以从合成力分量F5V′与F5H′的比率推断出。
在图3b中，针对盘9平行于工件的待加工区域而被对准的情况，示出合成轴承负荷F5V″、F5H″和M5H″。在轴承上没有水平力分量FH且也没有弯曲力矩M，因为隙角α等于零。很显然，以这种方式盘和工件之间具有最佳接触。然而，因为在工件的各个点处的表面压力由于大的接触面积是相当低的，所以各个点的加工在此耗费相当长的时间。平行对准特别适合于去除在大面积上的材料，但不适合于加工比盘的总面积小得多的小面积。
图3c针对盘以相对于工件的60°或更大的隙角被保持(held)的情况示出在轴承上的力分量F5V″′和F5H″′以及在轴承上的弯曲力矩M5″′。可以看出，与根据图3a的情况相比，在轴承上的水平力分量F5H″′再次显著增加。而且，轴承力矩M5″′也显著增加。然而，垂直分量F5V″′减少。由于在水平力和垂直力之间的大的比率，相当陡(steep)的隙角能够被推断出。在这种陡的隙角的情况下，不能够实现质量上高等级的表面区域加工。
因此，通过结合考虑所消耗的功率P以及所确定的机械负荷F、M，能够确定手持式动力工具1的操作例如在根据工件10″′的对准的情况下不是最佳的。随后，评估单元计算出该工具应当稍微向左移动并顺时针转动，以便获得在工件和加工工具之间的改进的对准。这作为纠正的信息例如通过在屏幕14上表示的箭头17指示给操作者。在工具1和工件之间的最优化的对准随后通过被提供有符号10′且由实线表示的工件可视化地指示。力F′随后以一角度近似地作用到驱动轴3；小的水平力分量FH或小的弯曲力矩M基本上出现。操作者随后必须施加的支撑力因而明显地“更垂直地”作用在工件上，从而加工更有效。
操作者是否已正确地实现纠正的信息可以例如基于加速度传感器18来检查。加速度传感器18输出关于位置改变和外壳的对准改变的信息的项19。可以基于这些信息的项19来检查外壳2实际上已经是否根据纠正的信息17被移动。如果是，则可停止输出纠正的信息19；如果不是，则纠正的信息(如果需要被修改)可连续地被输出。可替代地或组合地，操作者的不当运动(movement)(例如，周期性的倾斜运动，由此工作步骤的效率被降低)也可以基于加速度传感器18来确定。评估结果可随后通过请求被构建以使操作者停止该倾斜运动。而且，外壳的振动可以被检测并且如果需要的话可通过旋转速度的小的修改而被停止。
在盘和工件之间的过度陡的隙角也可单独通过加速度传感器或结合机械负荷值来确定。这可以通过相对的对准来说明并由工件10″′表示。可以看出径向对准的研磨面积更小，而抵靠工件10″′平放的盘9的外围圆周面积更大。代替研磨，通过这种对准，可发生一种滚动。结果是，整个工具1可横向加速偏离，类似于通过驱动轮加速的车辆。这将根据旋转的方向引起工具移动进入或离开图2的图像的平面。当然这种滚动是不期望的且应该尽可能停止，因为这有利于拖线(dragline)的形成且通常使得不可能通过研磨来加工。
可替代地或与组合地，加速度传感器18也可与外壳分开布置，具体地被附接到操作者的手臂(例如，附接至臂带)。随后可以基于加速度传感器确定操作者是否用足够的摆动运动来引导动力工具。评估装置及输出装置也可布置在这种臂带上。
将加速度传感器布置在加工工具的外壳上具有能够精确地感测加工的绝对位置的改变的优点。从这些位置改变，可以导出相对于工件的位置的相对改变。
将加速度传感器布置在操作者手臂上具有能够精确地感测实际发生在手臂上的运动(包括振动)的优点。然而，这些运动在一定程度上关于工具相对于工件的位置的相对改变仅是信息性的。
如果需要的话，关于加工操作的统计汇编(compilation)也可与效率评估一起用作评估结果。这种汇编包括在加工操作的持续时间内的功耗，如果有需要的话，可以一起包括所记录的负荷值和位置改变信息的项。用于加工计划的有价值的发现可以从这些统计汇编产生。因此，例如，个人(individual)操作者的记录值可彼此比较。有缺点的个人操作者可以被检测到并通过合适的训练措施来被停止。因此，恒定功耗可意味着一致的加工，这也可以是加工操作的质量的衡量。而且，评估结果也可用于开发票目的。
图4示出在两个可能的情形I和情形III(其根据符号1′和10″′分别对应于工件相对于盘的相对对准)中，在恒定的压紧压力并且在工件10和粗加工盘9之间的对准保持相同的情况下，去除率A和所消耗的功率P之间的关系。例如，在此去除率A意指例如每时间单位去除的材料的量，例如100g/min。在工件的横截面保持相同的情况下，这种去除率可进而相对于前进(advancing)速度是线性的。
在初始，可以很好地看出输出率和功率P之间的线性关系。在每个情形中具有相同的相对对准的情况下，所消耗的功率P越高，去除率A就越高。
直线I表示在基于由符号10′标记的工件的如图2中可视化呈现的工具与工件之间的相对对准的情形下的值。直线III表示在基于由符号10″′标记的工件的如图2中可视化呈现的工具与工件之间的相对对准的情形下的值，该值被认为是低效的。
显然的是，与情形III相比，在情形I中以更少的消耗的功率P实现增加的去除率A。而且，在如图3a示出的情形I中的弯曲力矩比在如图3c示出的情形III中的弯曲力矩小得多；因此，操作者在对应于工件10′的相对对准中比在对应于工件10″′的相对对准中更容易控制工具，这对加工结果间接地产生积极影响。
原理上，最佳对准(隙角)可基于存储在组件中的特性图来确定。这种特性图可包含在隙角、所消耗的功率、压紧压力以及工具的摆动运动之间的最佳关系。这种特性图可实验性地被确定。
图5示出臂带20，其可用在本发明的范围内。所述臂带包括屏幕单元14，而且，加速度传感器18和评估单元13被集成在该臂带中。到加工工具的可选数据连接可以无线地被建立。
符号清单
1角磨机
2外壳
3驱动轴
4驱动单元
5轴承
6第一柄部
7第二柄部
8电源线
9粗加工盘
10工件
11电流测量装置
12力传感器
13评估装置
14屏幕
15数据处理单元
16数据连接
17屏幕上的方向指示符
18加速度传感器
19位置改变信息的项
20臂带
F力
M力矩
P功率
α隙角

Claims (15)

1.一种具有手持式动力工具尤其是角磨机(1)的组件，所述动力工具(1)包括：
-外壳(2)，
-经由轴承(5)安装在所述外壳(2)上的驱动轴(3)，
-用于驱动所述驱动轴(3)的驱动单元(4)，
-柄部(6，7)，所述柄部(6，7)分别固定地附接到所述外壳(2)，以及
-用于将粗加工盘(9)紧固至所述驱动轴的紧固装置，
特征在于：所述组件还包括：
-用于感测功耗值(P)的第一传感器装置(11)或用于产生位置改变信息的项(19)的加速度传感器(18)，
-评估装置(13)，其用于评估所感测的所述功耗值(P)或所述位置改变信息的项(19)，以及
-输出装置(14)，其用于输出通过所述评估装置(13)的所述评估的评估结果。
2.根据前述权利要求所述的组件，
其特征在于：
所述组件还包括第二传感器装置(12)，所述第二传感器装置(12)用于感测作用在所述驱动轴(3)的轴承(5)上的机械负荷值(F，M)，以及
所述评估装置(13)适合于共同地评估所感测的所述机械负荷值(F5，M5)和所感测的所述功耗值(P)。
3.根据前述权利要求中的一项所述的组件，
其特征在于：
所述评估装置(13)被附接到所述动力工具(1)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的组件，
其特征在于：
所述组件包括数据处理组件(15)，所述数据处理组件(15)远离所述动力工具(1)而被布置，并且所述数据处理组件(15)经由数据连接(16)被连接至所述动力工具至少一段时间。
5.根据前述权利要求所述的组件，
其特征在于：
所述输出装置(14)被布置在所述数据处理组件(15)上。
6.根据前述权利要求所述的组件，
其特征在于：
所述动力工具(1)包括被附接到所述外壳(4)的加速度传感器(18)，用于产生位置改变信息的项(19)。
7.一种用于操作根据前述权利要求中的一项所述的组件的方法，其包括以下方法步骤：
感测所述功耗值(P)，
评估所记录的所述功耗值(P)，
通过所述输出装置(14)输出评估结果。
8.根据前述权利要求所述的方法，
其特征在于：
作用在所述轴承(5)上的机械负荷值(F，M)也被感测且在所述评估中被考虑。
9.根据权利要求7、8中的任一项所述的方法，
其特征在于：
加速度传感器(18)的位置改变信息的项(19)也被用于所述评估。
10.根据权利要求7-9中的一项所述的方法，
其特征在于：
所述评估结果包括用于所述操作者的纠正信息的一些项，基于所述纠正信息的一些项，所述动力工具的局部对准能够被纠正。
11.根据权利要求7-10中的一项所述的方法，
其特征在于：
所述评估结果包括关于加工操作的效率信息的项。
12.根据权利要求7-11中的一项所述的方法，
其特征在于：
基于加速度传感器(18)的位置改变信息的项(19)检查所述对准的纠正。
13.根据权利要求7-12中的一项所述的方法，
其特征在于：
所述安装的粗加工盘由所述动力工具或所述组件的传感器装置来检测，以及，
所述动力工具的操作模式基于所检测的粗加工盘的类型而被选择或设置，或由使用者选择的操作模式被检查。
14.根据权利要求7-12中的一项所述的方法，
其特征在于：
有关各个粗加工盘的参数被存储在所述组件的数据存储器中并且被用于所述评估，以及
特别地存储的粗加工盘的参数被更新。
15.紧固到操作者的手臂的加速度传感器，尤其是集成在臂带中的加速度传感器的使用，尤其是在根据权利要求1-6中的一项所述的组件中或根据权利要求7-12中的一项所述的方法中的使用，用于监测在使用具有用于粗加工工件的粗加工盘的动力工具期间的振动或所述摆动运动，基于由所述加速度传感器确定的位置改变信息的项，用于改进加工的纠正信息的项经由输出装置被传送至所述操作者。
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