CN1905988A - 用于在卡死状况下关断电动工具机的方法及电动工具机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于关断电动工具机的驱动电动机(12)的方法，该驱动电动机驱动一个刀具，其中驱动电动机(12)在刀具卡死状况下被根据一个可变的阈值(E1)关断，本发明提出：在至少一个预给定的时间间隔(T1)中根据一个当前的负载转速(n1)及一个空转转速(n0)来确定该阈值(E1)。

Description

用于在卡死状况下关断电动工具机的方法及电动工具机
技术领域
本发明涉及根据权利要求1及10前序部分的用于在卡死状况下关断电动工具机的方法以及一种电动工具机。
背景技术
具有数控装置的电动工具机已是公知的。在电网供电的电动工具机的情况下驱动电动机的电压改变例如通过相位控制来实现，而在蓄电池或电池供电的电动工具机的情况下通常使用脉宽调制来实现。这在不同的应用目的时易于引起刀具被卡在工件中，它将导致电动工具机的转动运动或反冲运动(“Kick-Back”)及由此可导致电动工具机失去控制。已经公知了不同的系统及方法，借助它们可在刀具卡死时防止电动工具机的这种转动-和/或反冲运动。例如公知了防转动系统及方法，其中驱动电动机或刀具的转速变化被作为时间的函数来分析处理。
由US 4,267,914公开了一种电动工具机，其中当转速下降到一个可预给定的固定或可变阈值以下时，它被识别为卡死状况，驱动电动机被关断和/或一个制动被激活。
发明内容
本发明提出，在根据一个可变的阈值来关断电动工具机的电动机的方法中，在至少一个预给定的时间间隔中根据一个当前的负载转速及一个空转转速来确定阈值。该阈值可作为转速信号、作为一个转速的时间导数和/或作为与转速相关的表格值被确定。根据一个可变地求得的阈值来关断驱动电动机，可自动地对其瞬时负载状况或工作状况进行适配。特别有利地，本发明可在具有数字控制的电动工具机上实现，其中该方法可通过一个存储在一个存储媒介中的算法来实施。在具有附加的转速预选择的电动工具机上不需要一个相应控制单元的相应算法的改变。这里还可有利地对电动工具机的其它运行参数一起进行考虑，例如对传动比、变换比、电动工具机的质量比和/或其它的影响加工过程的、最好与工具机相关的量进行考虑。
优选地，在至少一个预给定的时间间隔中根据当前的负载转速与空转转速的一个转速比来确定阈值。如果检测出一个当前转速信号达到或超过该阈值，则被识别为卡死状况并立即使驱动电动机断电。由此可避免电动工具机不可控的运动及与此相关的危险。也可选择地检测当前的转速变化信号及检验：在转速的变化方面是否达到或超过一个阈值。在转速信号的情况下，阈值的被超过意味着：在两个相继的时间间隔中当前的负载转速的差值大于阈值，而在转速变化的情况下意味着：当前的转速变化大于相应的阈值，即该变化比允许的更陡。
最好阈值作为转速比与一个初始值的乘积构成。该初始值可为一个预给定的起动值或最好为在前一时间间隔中被确定出的那个阈值。该初始值可为一个转速或一个转速变化、尤其是转速的下降。在电网供电的电动工具机的情况下，一个有利的时间间隔例如为电网频率的一个半波。在不依赖电网运行的电动工具机上，一个时间间隔例如可通过一个石英振荡电路或RC(阻容)振荡电路被人为地产生。
变换地，阈值被作为以空转转速归一的一个转速的时间变化构成。在此情况下，将整个系统的当前负载转速的一个以空转转速归一的时间导数与一个阈值相比较。可将预给定的或预选择的空转转速以及电动工具机的其它运行参数、如传动比、质量比等作为给定值进入所述阈值。由此可确定出转速信号的一个理论上允许的时间变化，当前的转速信号的变化将与它相比较。在此情况下还提出：对阈值确定或给定值的影响量进行考虑，这些影响量来源于个别的操作者，例如他的操作力或是否敏感或稳固地工作。
变换地，为了电动工具机的驱动电动机在刀具卡死状况下的关断，将当前的负载转速与一个表格中的数值区间相比较及配置一个新的阈值。该表格最好包含与空转转速及负载转速相关的转速阈值。确切的参数与当时的电动工具机相关及合乎目的地由经验求得。最好在低的负载转速时根据一个可选择的系数来减小阈值。然后例如可考虑操作者的操作力或舒适性要求。该系数可通过一个选择开关预先给定。在此情况下该阈值例如可超比例或欠比例地降低。对此变换地，可在一个相应的控制单元中设置一个学习算法。
合乎目的地，阈值尤其在相乘后总是被归整成整数。此外有利的是，使转速调节器的给定值-实际值偏差、转速调节器的调节度和/或电动工具机的机械时间常数进入到阈值的确定中去。
卡死状况可用简单的方式来确定，其方式是，在两个彼此相继的第一及第二时间间隔中对转速脉冲计数、从第一时间间隔的脉冲数减去第二时间间隔的脉冲数及当差值大于阈值时关断驱动电动机。
为了舒适地适配当前的负载状况，有利的是阈值被用转速调节器的给定值-实际值偏差和/或电动工具机的机械时间常数和/或电动工具机的运行参数来加权。
此外还提出一种带有一个由驱动电动机驱动的刀具的电动工具机，该电动工具机包括一些装置例如检测单元和/或计算单元，以便确定至少一个与至少两个变量相关的阈值。有利地，所述装置包括一个微控制器，后者与一个转速检测单元及一个转速调节器相连接，其中阈值可变地可由转速检测单元的一个转速信号和/或一个转速变化信号以及转速调节器的给定值-实际值偏差和/或转速调节器的调节度和/或电动工具机的机械时间常数来确定。因此能以可靠的方式来考虑及电动工具机当前的负载状况及工作状况。合乎目的的是，所述装置包括一个影响转速的电子单元，它用于控制电动机电压和/或电动机电流。
本发明可有利地用于具有数字控制的电动工具机及尤其适合于具有可能被卡住的刀具的电动工具机，例如那些具有可被旋转地驱动的刀具的电动工具机，如有或无冲击的钻机、锯等。
附图说明
以下将借助附图通过一个实施例来详细描述本发明。附图表示：
图1：一个电动工具机的用于检测卡死状况的电路的示意图；
图2a，b：一个作为时间的函数的电压曲线(a)及测速发电机的作为时间的函数的相应脉冲(b)；
图3：作为时间函数的转速变化曲线；
图4：根据一个优选方法用于确定卡死状况的流程框图；及
图5：根据一个优选方法用于变换地确定卡死状况的流程框图。
具体实施方式
图1示意性示出一个电动工具机的用于检测卡死状况的一个电路10。该电路包括用于检测和/或计算一个与至少两个变量相关的阈值E1的装置，该阈值用作检测卡死状况及关断驱动电动机12的判据。
在驱动电动机12上的有效电压U将通过一个大功率半导体器件14、例如一个三端双向可控硅开关、闸流晶体管或尤其不依赖电网供电的电动工具机中通过场效应晶体管来调节，该驱动电动机又通过一个微控制器单元16来控制。微控制器单元16通过一个转速检测单元18、例如一个构造成测速发电机的转速传感器或一个转速检测电路得到一个转速信号，其方式是通过一个相应的传感器例如一个磁轮来检测驱动电动机12的电机轴或一个适当部件的角速度。如果识别出电动工具机的刀具的一个卡死状况，则在驱动电动机12的电流回路中的开关24被打开及驱动电动机12被转换到无电流状态。为了识别刀具的卡死，将在一个适当的时间间隔中分析处理转速信号n1。
图2a，b举例性表示转速从一个在时间间隔T1中的脉冲J1的数目减小到一个在时间间隔T2中的脉冲J2的数目的情况下的转速信号。时间间隔T1、T2分别相应于电网频率的一个半波。在一个最好以微控制器单元16实施的控制单元中由脉冲J1的数目中减去脉冲J2的数目。如果得到一个差值，该差值大于一个在先计算出的阈值E1，则微控制器单元16通过大功率半导体器件14关断驱动电动机12。在检测到卡死状况后，电动工具机被立即断电。
图3表示在一个电动工具机的刀具卡死的情况下作为时间函数的转速变化曲线的一个典型例子。转速非线性地减小，及作为时间函数的转速减小在转速的不同起始值时分别不同的。结合实践地，这意味着一个可变的阈值E1将根据电动工具机的负载转速n1与一个预选择的或固定地预给定的空转转速n0的比例自动地考虑该非线性的转速下降，其中根据本发明的一个优选实施例将根据转速比n1/n0来确定阈值E1。
图4表示用于确定卡死状况的、具有步骤100，110，120，130，140，150，160，170的一个流程框图。该流程例如可作为一个算法被存储在电动工具机的一个控制单元中。首先在步骤100中，在一个时间间隔T1期间将确定及存储转速脉冲J1的数目，该转速脉冲例如由一个转速传感器检测到。如果例如使用一个磁轮作为转速传感器，则磁轮转一整圈导致与磁轮具有的齿数相同的脉冲J。在下一步骤110中，将由计数出的脉冲J1的数目来计算当前的负载转速n1。在下一步骤120中，将接着对当前的负载转速n1配置阈值E1。这可用多种方式实现，它们由框A，B来表示。
在框A中将当前的负载转速n1与电动工具机的整个系统的空转转速n0相比较及构成一个商，该商给出转速比n1/n0。该转速比n1/n0与一个初始值E0相乘及由此确定出用于当前时间间隔T1的新阈值E1。初始值E0可在开始作为起动值预给定，接着可分别将一个在前一时间间隔Tn-x中计算出的阈值E1设置成当前时间间隔Tn中的初始值E0。
在一个优选的变换构型中，可在框B中将一个当前的负载转速n1与一个表格的数值区间相比较，由此对它配置一个相应的新的阈值E1。该表格最好被存储在电动工具机的一个控制单元的存储模块中。该表格包含由经验确定的转速关断值来作为与空转转速及当前的负载转速相关的阈值。空转转速例如可与工作状况或与所使用的刀具相关。此外尤其还可考虑操作者的感觉或他的操作力等，其方式是，例如在低负载转速n1时将超比例或欠比例地降低阈值E1。
在框A或B中计算出的阈值E1将传送给步骤120及配置给当前的负载转速n1。
在下一步骤130中，在跟随第一时间间隔T1的第二时间间隔T2期间确定及存储转速脉冲J2的数目，该转速脉冲例如由一个转速传感器检测。然后在下个步骤140中，由计数出的脉冲J2的数目计算出当前的负载转速n2。
在下一步骤150中，产生在第一时间间隔T1中的转速n1与第二时间间隔T2中的负载转速n2之间的差值n1-n2。如果该差值n1-n2大于阈值E1，则在步骤160中关断驱动电动机。如果差值n1-n2不大于E1，则在步骤170中将转速脉冲数目置成J1＝J2。此外可将阈值E1置成等于E0及作为初始值E0返回到步骤100与110之间的方法流程中。
在另一优选的变换构型中，如图5中所示地，可确定出一个变化的阈值E1＝dn/dt，其方式是，在步骤210中确定出一个以空转转速n0归一的边界值的时间导数dn/dt。阈值E1代表在转速变化/时间图中的一个临界角度，转速将以该角度下降。如果负载转速n1以一个更平缓的角度变化，这相应于一个允许的状态，及驱动电动机可继续运行。如果下降更陡，则这被识别为卡死状况及关断驱动电动机。为此在框C中给出空转转速n0的给定值。在步骤220中，在一个时间间隔T1期间确定及存储转速脉冲J1的数目，该转速脉冲例如由一个转速传感器来检测。然后在步骤230中计算出当前的负载转速n1，如在图4中实施例的步骤110中所描述的。在步骤240中将时间导数dn1/dt与阈值E1进行比较。如果dn1/dt在数值上大于或等于E1，则在步骤250中关断驱动电动机。如果时间导数dn1/dt低于阈值E1，则在步骤210上重新开始该方法。为了计算，可在步骤200中输入其它参数，这些参数代表有影响的物理量，如传动比(Getriebe)、变换比、质量比等。临界角度可在多个时间间隔上被确定或在进行的工作过程中连续地被确定或仅在确定的时刻被确定。这可根据要求来适配。
通常阈值E1的确定可连续地或偶尔地进行。时间间隔T1，T2可符合需要地选择及也可在工作状况中被改变。
此外，转速调节器的给定值-实际值偏差和/或转速调节器的调节度(Ausregelungsgrad)和/或电动工具机的机械时间常数进入到阈值E1的确定中去。转速调节器的给定值-实际值偏差或其调节度将优选地通过当前的负载转速n1或其随时间的变化dn1/dt与空转转速n0的关系来考虑。机械时间常数可在使用不同的插入式刀具时而不同及可在选择适合的时间间隔T1，T2时非常有利地被考虑。这例如可通过在电动工具机控制单元中的一个选择开关来输入。

Claims (12)

1.用于关断电动工具机的驱动电动机(12)的方法，该驱动电动机驱动一个刀具，其中驱动电动机(12)在刀具卡死状况下被根据一个可变的阈值(E1)关断，其特征在于：在至少一个预给定的时间间隔(T1)中根据一个当前的负载转速(n1)及一个空转转速(n0)来确定该阈值(E1)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：根据当前的负载转速(n1)与空转转速(n0)的一个转速比(n1/n0)来确定该阈值(E1)。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：该阈值(E1)作为转速比(n1/n0)与一个初始值(E0)的乘积构成。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：该阈值(E1)作为以空转转速(n0)归一的一个转速的时间变化(dn/dt)构成。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：将当前的负载转速(n1)与一个表格的与负载转速及空转转速相关的数值区间相比较及配置新的阈值(E1)。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：在低的负载转速(n1)时根据一个可选择的系数来减小阈值(E1)。
7.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：所述阈值(E1)被归整成整数。
8.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：阈值(E1)被用一个转速调节器的给定值-实际值偏差和/或电动工具机的机械时间常数和/或电动工具机的运行参数来加权。
9.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：在两个彼此相继的第一及第二时间间隔(T1，T2)中对转速脉冲(J1，J2)计数，由此来确定转速(n1，n2)，使第一时间间隔(T1)的转速(n1)减去第二时间间隔(T2)的转速(n2)，及当差值(n1-n2)大于阈值(E1)时关断驱动电动机(12)。
10.电动工具机，带有一个由驱动电动机(12)驱动的刀具，在该电动工具机中设有用于在刀具卡死时根据一个可变的阈值(E1)关断驱动电动机(12)的装置，其特征在于：所述装置包括至少一个检测单元和/或计算单元，以便确定至少一个与至少两个变量(n1，n0)相关的阈值(E1)。
11.根据权利要求10的电动工具机，其特征在于：所述装置包括一个微控制器(16)，后者与一个转速检测单元(18)及一个转速调节器相连接，其中阈值(E1)可以可变地由转速检测单元(18)的一个转速信号和/或一个转速变化信号以及一个转速调节器的给定值-实际值偏差和/或电动工具机的机械时间常数来确定。
12.根据权利要求10或11的电动工具机，其特征在于：所述装置包括一个影响转速的电子单元(16)，用于控制电动机电压和/或电动机电流。
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