CN109496176B - 手持式工具机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式工具机(1)，所述手持式工具机具有：用于保持工具的工具保持件(2)、电动机(6)、连接了工具保持件(2)和电动机(6)的轴(16)以及用于在不受控的情况下停止工具保持件(2)的保护装置(14)。保护装置(14)包括：用于识别不受控的情况的传感器(33)、可切换的电源(31)以及常闭磁制动器(15)。可切换的电源(31)在未识别到不受控的情况时，响应于传感器(33)的信号，输出不等于零的第一电流(I1)；在识别出不受控的情况时，电源(31)不输出或者输出与第一电流(I1)不同的第二电流(I2)。常闭磁制动器(15)接合在轴(16)上。常闭磁制动器(15)在以第一电流(I1)通电的同时不对轴(16)施加转矩。常闭磁制动器(15)在未通电时或以第二电流(12)通电时施加抵消轴(16)的旋转运动的转矩。

Description

手持式工具机

技术领域

本发明涉及一种手持式工具机以及用于手持式工具机、尤其是用于具有旋转的棒状工具，像钻锤、电动螺丝刀等的手持式工具机的控制方法。

背景技术

钻头或螺丝刀钻头在操作过程中会突然卡住。然后由电动机施加的转矩突然转移到使用者的手上。在此存在使用者不再能够控制手持式工具机并且伤害到自己的风险。

EP 0486843 B1、EP 0841126 B1、EP 0326783 B1、EP0841127B1提出了不同的机械制动器以在不受控制的情况下对轴进行制动。EP1219392B1建议了在不受控制的情况下断开传动系。然而，所建议的解决方案是困难且缓慢的，尤其是在重置为可控制的正常操作时。

发明内容

根据本发明的手持式工具机具有：用于保持工具的工具保持件、电动机、连接工具保持件和电动机的轴以及用于在不受控的情况下停止工具保持件的保护装置。保护装置包括：用于识别不受控的情况的传感器、可切换的电源以及常闭磁制动器。可切换的电源在未识别到不受控的情况时，响应于传感器的信号，输出不等于零的第一电流；在识别出不受控的情况时，电源不输出或者输出与第一电流不同的第二电流。常闭磁制动器接合在轴上。常闭磁制动器在以第一电流通电时不对轴施加转矩(扭矩)。常闭磁制动器在未通电时或以第二电流通电时施加抵消轴的旋转运动的制动转矩。

常闭磁制动器通过第一电流--自行电流打开。在手持式工具机的正常操作期间，自行电流流过磁制动器。一旦缺少自行电流，磁制动器就会自动关闭。例如，即使在电源故障的情况下也会发生关闭，这与任何控制电子设备无关。自行电流优选为恒定的直流电流。

一设计方案设置成磁制动器具有固定制动蹄和相对于制动蹄可围绕轴的轴线旋转的、例如与轴抗扭的连接的、且沿着轴可移动的制动盘。制动蹄对连接到轴上的制动盘进行摩擦制动。

一设计方案设置成磁制动器具有永磁体和磁线圈。永磁体产生永磁场以及磁线圈利用第一电流产生(消灭)磁场，该磁场反平行于永磁场。永磁场引起了制动转矩。消灭磁场反作用于永磁场。在流动的自行电流(自由运行电流，Freilauf-Strom)的情况下，两个磁场最大程度消灭。永磁体可以形成为单部件式或多部件式。

制动蹄和永磁体可以布置在制动盘的闭合方向上。永磁体朝着制动蹄吸引制动盘以关闭磁制动器。

一设计方案设置成极靴围绕永磁体和磁线圈以引导磁场。两个磁场在制动盘的空间上的附近聚集在一起，从而可以实现磁场的良好消灭。极靴可具有两个嵌套的环形凸起，所述凸起朝向制动盘。

制动盘优选地由软磁材料形成。因此，当打开或关闭磁制动器时，制动盘对磁场强度的变化作出快速反应。

一个实施例提供了贴靠于制动盘的弹簧。弹簧在制动盘上施加远离制动蹄的力。弹簧可以有利于制动盘从制动蹄释放，特别是抵抗重力。

用于手持式工具机的控制方法设置有如下步骤：利用自行电流对磁制动器进行通电；响应于对操作按钮的操纵来操控电动机以驱动轴以及随后对磁制动器进行通电；以及中断利用第一电流对磁制动器进行通电并响应于传感器的、指示了识别出不受控的情况的信号断开电动机与电源的连接。自行电流优选是恒定的且仅仅通过磁制动器预先规定，尤其与手持式工具机的待设定的转速或功率消耗无关。手持式工具机的功率消耗基于当前施加的负荷而变化。

附图说明

根据示例性的实施方案以及附图如下地说明本发明。附图中示出了：

图1示出钻锤；

图2示出磁制动器；

图3示出控制方法。

在没有另外说明的情况下，附图中通过相同的附图标记标示相同的或功能相同的元件。

具体实施方式

作为手持式工具机的例子，图1示例性示出了钻锤1。钻锤1具有工具保持件2，钻头3或另外的工具可以插入并锁定在该工具保持件中。示例性的钻锤1具有旋转驱动装置4，该旋转驱动装置驱动工具保持件2围绕其工作轴线5旋转。旋转驱动装置4以电动机6为基础，使用者可以通过操作按钮7使电动机通电和断电。额外的冲击机构8可以沿冲击方向9，沿着工作轴线5周期性地击打钻头3。冲击机构8优选由相同的电动机6驱动。供电可以通过电池10或电源线进行。

钻锤1具有手柄11，该手柄典型地固定在钻锤1的机壳体12的背离工具保持件2的端部上。例如，可以把额外的手柄13靠近工具保持件2固定。使用者可以在钻击期间利用手柄操纵和握持钻锤1。转速可以调节到一预定值。在钻击期间典型地一小的反作用的转矩作用于使用者，该转矩来自于岩石对旋转的钻头3的阻力。使用者可以不费力地或者以小的努力施加必要的握持力。

钻头3可能会卡在钻孔中，由此由于继续旋转的旋转驱动装置4导致对工具保持件2施加了高的转矩。反作用的转矩在此会突然增大并伤害使用者和钻锤1。为了防止伤害使用者和损坏钻锤1，保护装置14自动地停止钻锤1的符合标准的运行。保护装置14在旋转驱动装置4故障时借助于磁制动器15对旋转驱动装置4进行制动。

旋转驱动装置4与工具保持件2刚性耦联。示例性的旋转驱动装置4包含(马达)轴16、减速传动器17和滑动离合器18和从动轴19。示例性的从动轴19设计为空心的。

磁制动器15布置在轴16上。轴16优选布置在电动机6和传动器17之间。轴16以和电动机6相同的转速进行旋转。

磁制动器15具有制动蹄20和制动盘21。制动蹄20固定地布置在机壳体12中。制动蹄20具有环形的摩擦面22，该摩擦面布置为朝向制动盘21。制动盘21与轴16扭转刚性地连接。轴向可移动地支承制动盘21。制动盘21可以在空转位置(图2：图像左半部)和制动位置(图2：图像右半部)之间移动以及反之亦然。空转位置至制动位置的方向随后称为关闭方向23。制动盘21在空转位置中与制动蹄20间隔开。制动蹄20未施加转矩于制动盘21上。轴16可以自由旋转。制动盘21在制动位置中贴靠在制动蹄20的摩擦面22上。制动蹄20和制动盘21之间的摩擦值优选极高。制动蹄20施加一反作用于制动盘21的旋转运动的转矩。则制动盘21和与其联接的轴16被制动。

制动盘21由软磁材料和优选铁磁材料制成。通过磁阻力沿关闭方向23把制动盘21压紧在制动蹄20上。

磁制动器15具有产生永磁场25的永磁体24。永磁体24沿制动盘21的关闭方向23布置，即和制动蹄20一样布置在制动盘21的同一侧上。永磁场25流经制动盘21。在制动盘21和永磁体24之间存在气隙，该气隙在空转位置中比在制动位置中更大。根据磁阻原理，永磁体24沿关闭方向23把制动盘21吸引到制动位置中。

永磁体24可以设有极靴26，该极靴有利于朝着制动盘21引导永磁场25。示例性的极靴26具有两个环形凸起27、28，该凸起彼此嵌套地，例如同心地布置且通过环形的气隙分开。两个凸起27、28反向于关闭方向23伸出，也就是说沿朝着制动盘21的方向。在所述一个凸起27中永磁场25是向外离开的以及在所述另一个凸起28中永磁场25是向内进入的。在制动位置中，制动盘21抵靠两个凸起27、28或者与它们的环形表面29相距非常小的距离，优选地，该距离小于0.5mm。制动盘21闭合磁通量或减小气隙。在空转位置中气隙是明显的，例如十倍大。永磁场25的引导也可以通过凸起27和制动蹄20进行，该凸起和制动蹄也形成两个嵌套的、由气隙分开的环。

由永磁体24施加在制动盘21上的、沿关闭方向23起作用的磁阻力优选地足以和摩擦值结合实现产生足以停止轴16的转矩。磁制动器15在其不通电的状态中关闭(闭合)。

磁制动器15具有磁线圈30。磁线圈30优选和永磁体24一起和制动蹄20一样布置在制动盘21的相同的一侧上。磁线圈30和电源31连接。电源31可以把第一电流I1(自行电流I1)馈入磁线圈30中。被自行电流I1流经的磁线圈30产生了(消灭)磁场32，该磁场至少在制动盘21的环境中，完全或近似消灭了永磁场32。永磁场32和消灭磁场32具有相同的磁通量密度，然而接近制动盘21，例如在环形凸起27、28处具有相反的通量方向。通量密度的区别例如小于10％。磁阻力被取消。磁制动器15打开且释放轴16。保持磁制动器15打开需要利用连续和恒定的自行电流I1进行通电。能量损失例如在2瓦至20瓦的范围内。

可切换电源31的电流I。电源31可以在一个切换位置(开关位置)中输出自行电流I1并在另一个切换位置中输出第二电流I2。两个电流电平之间的转换可以是连续的或离散的。第二电流I2优选明显小于自行电流I1，例如小于自行电流的20％。尤其优选的是，第二电流I2设置为零。实质上仅永磁体24起作用。永磁体24关闭磁制动器15。磁制动器15在不需要能量的情况下发挥其制动转矩。如果需要增大的制动转矩，则第二电流I2可以具有与自行电流I1颠倒的极性，因为在这种情况下磁线圈30增大了磁阻力。当磁制动器15从关闭位置切换到打开位置时，在此期间可以馈入比自行电流I2更大的电流。典型地，克服磁力在打开气隙时需要比随后保持在打开位置中更大的力。

可切换的磁场32优选通过相同的极靴26引导。极靴26可以围绕磁线圈30布置。永磁体24可以形成极靴26的一部段。制动蹄20同样可以用于引导磁场25。

示例性的保护装置14包含运动传感器33。运动传感器33例如布置在手柄13处或附近。运动传感器33检测手柄13围绕工作轴线5的旋转运动。示例性的运动传感器33是陀螺仪传感器，其基于通过旋转运动施加的科里奥利力直接地确定角速度。陀螺仪传感器例如可以包含摆动的小板，其摆动频率通过科里奥利力改变。备选的运动传感器33在钻锤1中在两个错开的位置处检测加速度并由差值确定钻锤1的旋转运动。

保护装置14如下地评价旋转运动，是否存在钻锤1围绕工作轴线5的不受控的旋转运动或者由使用者造成的、钻锤1围绕工作轴线5的摆动。当识别出不受控的旋转运动时，保护装置14输出制动信号34至磁制动器15或电源31。

为了识别不受控的旋转运动，例如保护装置14可以评价围绕工作轴线5的角速度。示例性的标准是，当角速度超过一在典型的应用情况下不被超过的阈值时。另一个标准是，在预定的时间段内超过了预定的旋转角，例如因为钻锤1连续地反作用于使用者的保持力而扭转。标准能够包含由角速度和旋转角连同合适的阈值和观察时间段组成的不同配对。

保护装置14可以包含电流传感器。电流传感器监控电动机6的功率消耗。如果该功率消耗，尤其是电流超过了阈值，这表示故障或不受控的情况。在这种情况下保护装置14可以输出制动信号34。可以使用其它用于识别不受控的情况的传感器。

在图3中示意性汇编了用于手持式工具机1的示例性控制方法。首先响应于对操作按钮7的操纵(步骤S1)，例如通过激活控制单元35来释放磁制动器15(步骤S2)。控制单元35输出释放信号36至磁制动器15或电源31。电源31随后把自行电流I1馈入磁线圈30。磁制动器15打开。接着为电动机6供能以驱动轴16和工具保持件2并且必要时还有冲击机构8(步骤S3)。磁制动器15的打开和电动机6的供能相继进行。只要按压操作按钮7，则手持式工具机1处于工作中。一旦使用者松开操作按钮7，则电动机6与能量供给装置10分开且手持式工具机1停止工作。

在工作期间保护装置14检查运动传感器33或其它传感器是否通知了不受控的情况(步骤S5)。如果不存在不受控的情况，则电动机6保持工作且磁制动器15打开。如果保护装置14识别出不受控的情况，则保护装置14输出制动信号34至磁制动器15。电源31切断自行电流I1。例如，电源31与磁线圈30分开，从而电流I降至零(步骤S6)。使工具保持件2处于停止状态中。使用者可以通过松开操作按钮7和再次操纵操作按钮7来再次释放磁制动器15。

电动机6可以和制动的同时与能量供给装置10分开(步骤S7)。备选地或附加地，电动机6可以施加制动转矩。例如，电动机6的绕组会由于负荷电阻短路。由以发电机起作用的电动机6产生的电流在负荷电阻中转换为热量。备选地或附加地，可以在电动机6和磁制动器15之间布置机械的过载离合器，其在操纵磁制动器15时使电动机6与轴16分开。电动机6的分开可以延迟进行或者在通过使用者松开操作按钮7时才进行。

磁制动器15也可以在使用者操纵操作按钮7之前就已经打开。例如，运动传感器33根据震动识别出使用者把手持式工具机1握在手里且使用它。响应于识别出使用者使用手持式工具机1来打开磁制动器15。当在预定的时间内手持式工具机1不活动时，可以关闭磁制动器15。

制动盘21可以借助于弹簧37反向于关闭方向23被预加应力。弹力明显小于通过永磁体24施加的磁阻力，例如小于10％。弹力大致对应于制动盘21的重力，以便必要时制动盘21反向于重力运动到打开位置中。这可以是必要的，因为永磁体24和磁线圈30受限于磁阻原理不能产生反向于关闭方向23的力。

弹簧37例如能够通过板簧实现，该板簧基本上平行于制动盘21延伸。板簧的相应一个端部与制动盘21连接以及板簧的另一个端部与支承板38连接。支承板38通过压配合或者以其它方式与轴16刚性固定。弹簧37一方面允许制动盘21的轴向运动且另一方面弹簧37无缓冲地传输在轴16和制动蹄20之间起作用的转矩。多种其它构造也是可行的，以便在刚性旋转连接的同时实现轴向可运动性以用于传输转矩。例如，可以在轴16的轴向槽中引导制动盘21。

使用者可以利用操作按钮7接通和断开旋转驱动装置4。示例性的操作按钮7具有去激活的切换位置和一个或多个激活的切换位置。使用者例如可以通过选择其操纵力来选择激活的切换位置中的一个。不同的切换位置能够与旋转驱动装置4的不同转速联系在一起，该转速导致电动机6的不同的功率消耗P。驱动控制装置39可以如此改变电动机6中的功率消耗和相应的电流，使得出现恒定的转速N。在恒定的转速N下，功率消耗P可以通过不同的负荷改变。因此在工作期间，电动机6中的电流变化。功率消耗或转速的界限例如可以通过使用者和操纵操作按钮7的强度预定。

电动机6可以是通用驱动器(电机,Motor)、机械换向电动机6或电换向电动机6。当操作按钮7处于去激活位置时，驱动控制装置39将电动机6与能量供给装置分离。

冲击机构8例如是气动冲击机构。激励活塞40由电动机6沿着工作轴线5周期性地向前和向后移动。在工作轴线5上运行的冲击件41通过空气弹簧与激励活塞40耦接。空气弹簧通过由激励活塞40和冲击件41关闭的气动室42形成。可以在导向管43中引导激励活塞40和冲击件41，导向管43同时在径向方向上封闭气动室42。冲杆44可以布置在冲击件41的冲击方向9上。冲击件41击打到冲杆44上，该冲杆将击打继续传导至位于工具保持件2中的钻头3上。

Claims (12)

1.一种手持式工具机（1），具有：用于保持工具的工具保持件（2）、电动机（6）、连接所述工具保持件（2）和所述电动机（6）的轴（16）以及用于在不受控的情况下停止所述工具保持件（2）的保护装置（14），其中所述保护装置（14）包括： 用于识别所述不受控的情况的传感器（33）， 可切换的电源（31），所述可切换的电源在未识别到不受控的情况时响应于所述传感器（33）的信号输出不等于零的第一电流（I1）以及在识别出不受控的情况时，不输出或者输出与所述第一电流（I1）不同的第二电流（I2），以及 接合在所述轴（16）上的、常闭的磁制动器（15），所述磁制动器在以所述第一电流（I1）通电时不对所述轴（16）施加转矩以及所述磁制动器在未通电时或以所述第二电流（I2）通电时施加抵消所述轴（16）的旋转运动的转矩，

其中，所述磁制动器（15）具有固定制动蹄（20）和相对于所述制动蹄（20）围绕所述轴（16）的轴线能旋转的且沿着所述轴（16）能移动的制动盘（21），

其中，所述磁制动器（15）具有永磁体（24）和磁线圈（30），以及其中由所述永磁体（24）产生的永磁场（25）以及由被所述第一电流（I1）流经的所述磁线圈（30）产生的磁场（32）是反平行的，

其中，所述制动蹄（20）和所述永磁体（24）沿所述制动盘（21）的闭合方向布置。

2.根据权利要求1所述的手持式工具机（1），其特征在于，极靴（26）围绕所述永磁体（24）和所述磁线圈以引导所述磁场。

3.根据权利要求2所述的手持式工具机（1），其特征在于，所述极靴（26）具有两个嵌套的环形凸起（28），所述凸起朝向所述制动盘（21）。

4.根据权利要求3所述的手持式工具机（1），其特征在于，所述永磁场在所述环形凸起的环形面（29）处的通量密度相比可切换的磁场在所述环形面（29）处的通量密度在数量上小于10%。

5.根据权利要求1至4任一项所述的手持式工具机（1），其特征在于，所述制动盘（21）由软磁材料形成。

6.根据权利要求1至4任一项所述的手持式工具机（1），其特征在于设置在所述制动盘（21）处的弹簧（37），所述弹簧对所述制动盘（21）施加从所述制动蹄（20）离开指向的力。

7.根据权利要求1至4任一项所述的手持式工具机（1），其特征在于，所述第二电流（I2）小于所述第一电流（I1）的20%或者所述第二电流（I2）具有与所述第一电流（I1）相反的极性。

8.根据权利要求1至4任一项所述的手持式工具机（1），其特征在于，所述传感器（33）包含旋转运动传感器，所述旋转运动传感器检测手柄（13）的旋转运动。

9.根据权利要求1至4任一项所述的手持式工具机（1），其特征在于包括由所述电动机（6）驱动的冲击机构（8）。

10.一种用于手持式工具机（1）的控制方法，所述手持式工具机具有：操作按钮（7）；电动机（6）；工具保持件（2）；连接所述电动机（6）和所述工具保持件（2）的轴（16）；布置在所述轴（16）上的常闭的磁制动器（15）以及用于识别不受控的情况的传感器（33），其中，所述磁制动器（15）具有固定制动蹄（20）和相对于所述制动蹄（20）围绕所述轴（16）的轴线能旋转的且沿着所述轴（16）能移动的制动盘（21），其中，所述磁制动器（15）具有永磁体（24）和磁线圈（30），以及其中由所述永磁体（24）产生的永磁场（25）以及由被第一电流（I1）流经的所述磁线圈（30）产生的磁场（32）是反平行的，其中，所述制动蹄（20）和所述永磁体（24）沿所述制动盘（21）的闭合方向布置，所述控制方法具有步骤： 利用第一电流（I1）对所述磁制动器（15）进行通电； 响应于对所述操作按钮（7）的操纵来操控所述电动机（6）以驱动所述轴（16）以及随后对所述磁制动器（15）进行通电； 中断利用所述第一电流（I1）对所述磁制动器（15）进行通电并响应于所述传感器（33）的、指示了识别出不受控的情况的信号断开所述电动机（6）与能量供给装置（10）的耦接。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，对应于预定的转速调整所述电动机（6）的功率消耗（P）。

12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，所述第一电流（I1）是恒定的直流电流。

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