DE3128410C2

DE3128410C2 -

Info

Publication number: DE3128410C2
Application number: DE3128410A
Authority: DE
Inventors: Walter Schaanwald Li Wellenmann
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1990-02-22
Also published as: FR2509923B1; CH659350A5; JPS5826525A; FR2509923A1; DE3128410A1; US4426588A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswerten eines an einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere einer Bohrmaschine, auftretenden Drehmomentes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Drehmoment wird hierbei durch an der Handwerkzeugma schine angebrachte Einrichtungen z. B. durch einen Dehnungsmeß streifen, der zwischen Handgriff und Gehäuse befestigt ist, oder durch einen Beschleunigungsmesser, der eine plötzliche Drehbewegung des Gehäuses aufgrund einer Blockierung des Werk zeuges erfaßt, ermittelt. Dabei kann, wenn ein Beschleuni gungsmesser eingesetzt wird, ggfs. das Meßsignal noch in ein Weg/Zeitsignal durch doppelte Integration umgewandelt werden.

In der DE-OS 24 42 260, die eine Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 offenbart, wird über einen zwischen Seitengriff und Gehäuse angeordneten Dehnungsmeßstreifen, der als Drehmomentmeßglied dient, ein Signal gewonnen, das den Motor der Bohrmaschine beeinflußt, und ihn insbesondere beim Überschreiten eines bestimmten Signalpegels abschaltet.

Die aus der DE-OS 24 42 260 bekannte Schaltung trägt jedoch den komplizierten Bedingungen der Praxis nicht hinreichend Rechnung, so daß es häufig zu Fehllösungen bzw. Ausfall der Auslösung, wo sie angebracht gewesen wäre, kommt.

Beispielsweise kann einerseits bei einer Bohrmaschine beim seitlichen Anbohren eines Armierungseisens z. B. mit einem Do sensenker ein Blockieren des Werkzeugs in ca. 10 ms stattfinden, was unterhalb der Reaktionszeit der Bedienungsperson, selbst für ein erwartetes Ereignis (200 bis 250 ms), liegt. Somit muß in diesem Fall die Schaltung und das durch sie beeinflußte aktive System (z. B. eine Kupplung) so recht zeitig ansprechen, daß eine Verletzung sicher vermieden wird.

Andererseits kann ein bloßes Klemmen des Werkzeugs vorkom men, welches zwar bei jeder halben Umdrehung des Werkzeugs auf tritt, aber nach einer bewußten Reaktion der Bedienungsper son nicht mehr jedes Mal zu einer Unterbrechung des Bohrvor gangs führen sollte. Nach vorgenommenen, eingehenden Messun gen und Beobachtungen äußert sich das erstmalige Auftreten des Klemmens als relativ hohe aber schmale Drehmoment spitze. Diese entsteht dadurch, daß der Handgriff entspannt gehalten wird. Im Falle des Klemmens prallt dieser hart ge gen die Masse des Hand-Arm-Systems. Nach erfolgter Anspan nung der Muskeln erfolgt die Übertragung der Kraft Seiten griff-Hand-Arm-System federnd und gedämpft. Dadurch entstehen schwächer ausgeprägte Drehmomentspitzen. Eine in der Praxis brauchbare Schaltung sollte auch diesen Dremomentvorlauf Rechnung tragen können. Die Anstiegszeit τ (d. h. die Zeit, während der eine Schneide des Werkzeuges bspw. mit einem Ar mierungseisen in Eingriff steht, d. h. während der das erhöh te Drehmoment wirkt) liegt beim Klemmen bei ca. 120 ms.

Ferner kann noch ein sog. Würgen, d. h. ein Drehmomentanstieg am Seitengriff mit einer relativ langen Anstiegszeit von 1000 ms auftreten. Dies entsteht beispielsweise durch tan gentiales Bohren an Eisen, durch Inhomogenitäten in Beton oder eine schlechte Führung der Maschine. Die Schaltung soll te ein bewußtes Würgen erlauben, dennoch aber bei einem plötz lichen Blockieren oder starker Überbelastung ansprechen.

Aus der DE-OS 23 06 791 ist ein elektronisches Motorschutzre lais mit stromabhängiger Auslösung bekannt, welches von einer dem Motorstrom proportionalen Meßspannung angesteuert wird. Das Motorschutzrelais weist eine aus RC-Gliedern bestehende Motor-Nachbildung auf, wobei die Kondensatoren der Wärmekapa zität der Motorwicklung und des Ständers und die Widerstände dem Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zum Ständer bzw. vom Ständer zur Umgebungs-Kühlluft elektrisch nachgebil det sind. Die Meßspannung wird über einen aus einem Integra tor mit Rückstellung und einem monostabilen Multivibrator bestehenden Taktgenerator der Motor-Nachbildung taktweise zugeführt. Die Frequenz des Taktgenerators ändert sich bei konstanter Pulsdauer mit dem Motorstrom. Diese Einrichtung dient insbesondere zum Schutz von Elektromotoren gegen Über hitzung infolge von länger andauernder Überbelastung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die während kurz fristiger oder vorübergehender, keine Gefahr darstellenden Störungen kein Auslösesignal erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im An spruch 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhän gigen Ansprüchen gekennzeichnet. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß die Vorrichtung sich leicht und schnell an unterschiedliche Anforderungen (z. B. Bedienungspersonal des Handwerkzeuges, Auslösekriterien) anpassen läßt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungs form der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel eines Eingangssignals;

Fig. 3 das Ausgangssignal der ersten Schaltungsanordnung; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltung, in der die Vor richtung gemäß der Erfindung verwendbar ist.

Das veränderliche, in Fig. 2 dargestellte Signal V _e wird an die Eingangsklemme 2 gegeben (Fig. 1). Diese Klemme 2 ist sowohl mit der ersten Schaltungsanordnung 4 wie mit dem Integrator 6 verbunden. Die erste Schaltungsanordnung 4 weist einen Operationsverstärker 8 auf, an dessen invertierenden Eingang (-) das Signal V _e ansteht. Der Aus gang des Operationsverstärkers 8 ist über den Widerstand R ₃ (z. B. ein MΩ) auf den nicht invertierenden Eingang (+) rückgekoppelt. Dieser Eingang (+) ist außerdem mit dem Abgriff eines veränderlichen Spannungsteilers R ₄ (z. B. 100 kΩ) verbunden, der seinerseits zwischen eine positive Span nung (z. B. 5 V) und Erde geschaltet ist. Durch die Einstel lung des Abgriffs an R ₄ wird der erste Pegel V ₁ (Fig. 2) des Eingangssignals V _e festgelegt, unterhalb dessen das Ausgangssignal V _a ₁ (Fig. 3) des Operationsver stärkers 8 auf einem ersten Werk P ₁ verharrt. Oberhalb des Pegels V ₁ springt das Ausgangssignal V _a ₁ auf den Wert P ₂. In der Praxis vorkommende Werte für V _e sind z. B. 5 V, für V ₁ 2 V.

Das Ausgangssignal V _a ₁ des Operationsverstärkers 8 wird dem Gate eines FET 10, hier konkret ein p-FET (pnp-FET) zugeführt, der bei dem Wert P ₁ durchgeschaltet und bei dem Wert P ₂ gesperrt ist.

Der FET 10 überbrückt einen Kondensator C ₁, der seinerseits zwischen Ausgang und invertierenden Eingang eines zweiten Operationsver stärkers 12 geschaltet ist. Der invertierende Eingang ist ferner über einen Widerstand R ₁ mit der Eingangsklemme 2 verbunden.

Der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 12 ist über einen Widerstand R ₂ an Masse angeschlossen. Dieser Widerstand R ₂ dient der Eingangsruhestromkompensation.

Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 12 ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang eines dritten Opera tionsverstärkers 14 verbunden. Dieser dritte Operationsver stärker 14 ist analog dem ersten Operationsverstär ker geschaltet. Das heißt sein Ausgang ist über einen Widerstand R ₆ (z. B. ein MΩ), mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden, der auch noch mit dem Abgriff eines veränderlichen Widerstandes R ₅ (z. B. 100 kΩ) verbunden ist.

Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers 14 ist mit einem Schalter, hier dem Gate eines FET 16, verbunden. Der FET 16 liegt im Stromweg einer durch die Vorrichtung an- oder abzuschaltenden Last RL, beispielsweise einer magnetischen Kupplung.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Liegt das elektrische Signal V _e unter dem Pegel V ₁, so befindet sich der Ausgang des Operationsverstärkers 8 auf dem niedrigen Pegel P ₁ und der FET 10 ist nicht gesperrt. Dadurch ist der Kon densator C ₁ kurzgeschlossen und der Integrator 6 wirkt wie ein gegengekoppelter Operationsverstärker mit Kopplungswiderstand Null, d. h. die Verstärkung ist Null und das Ausgangssignal des Verstärkers 12 ist ebenfalls Null.

Steigt jedoch das Signal V _e (t) über den Pegel V ₁, so springt das Ausgangssignal V _a ₁ des Operationsverstärkers 8 auf den Wert P ₂ und der FET 10 ist gesperrt. Der Integrator 6 beginnt zu integrieren.

Fällt das Signal V _e wieder unter den Pegel V ₁, so nimmt der Ausgang des Integrators 6 den Wert P ₁ wieder an, so daß der FET 10 durchschaltet, der Kondensator C ₁ sich entlädt und das Ausgangssignal V _a ₂ des Integrators 8 Null wird. Während der Integrationszeit wird das Ausgangs signal V _a ₂ (t) fortlaufend durch den Operationsverstärker 14 mit dem durch den Abgriff am veränderlichen Spannungsteiler R ₅ vorgegebe nen Wert V ₂ verglichen; sobald dieser Wert überschritten wird, gibt die Vorrichtung ein Auslösesignal ab, das ausreicht, den bis dahin gesperrten FET 16 durchzuschalten, was einen Stromfluß durch die Last RL auslöst. Der FET 16 kann ge gebenenfalls auch durch ein Relais ersetzt werden.

Die Last RL kann beispielsweise ein aktives System wie eine Mag netkupplung sein.

Fig. 4 zeigt schematisch den Einsatz der in Fig. 1 ge zeigten Vorrichtung in einer Drehmomentensteuerung für eine Bohrmaschine.

Von einem Meßglied 18, z. B. einem Dehnungsmeßstreifen, wird das Signal an einen Verstärker 20 gegeben, dessen Ausgangssi gnal an die in Fig. 1 gezeigte und oben beschriebene Vorrichtung abgegeben wird. Der angegebene Kurvenverlauf, der einem tatsächlichen Kraftverlauf am Seitengriff des Gerätes entspricht, macht deutlich, daß durch die Krafteinwirkung auf das Hand-Arm-System und die darauffolgende Reaktion auch negative Kräfte auftreten können. Von der Vorrichtung wird das Ergebnis zur Steuerung an das aktive System, z. B. eine aktive Kupplung, gegeben.

Claims

1. Vorrichtung zum Auswerten eines an einer Handwerkzeugma schine, insbesondere einer Bohrmaschine, auftretenden Drehmoments und zum Erzeugen eines Auslösesignals

- mit einer ersten Schaltungsanordnung, die ein dem Drehmoment proportionales elektrisches Signal mit einem ersten vorgegebenen Pegel vergleicht,

gekennzeichnet durch

- einen Integrator (6), der in Abhängigkeit vom Aus gangssignal (V _a ₁) der ersten Schaltungsanordnung (4) das elektrische Signal (V _e) integriert, und
- eine zweite Schaltungsanordnung (7) zum Vergleich der Höhe des Ausgangssignals (V _a ₂) des Integrators (6) mit einem zweiten vorgegebenen Pegel (V ₂), in Abhängigkeit von deren (7) Ausgangssignal (V _a ₃) das Auslösesignal erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung (4) einen Operations verstärker (8) aufweist, an dessen invertierendem Ein gang das elektrische Signal (V _e) anliegt, und dessen nicht invertierender Eingang am Abgriff eines ersten veränderlichen Spannungsteilers (R ₄) und über einen ersten Widerstand (R ₃) an den Ausgang des Operations verstärkers (8) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung (7) einen Operationsverstärker (14) aufweist, an dessen inver tierendem Eingang das Ausgangssignal (V _a ₂) des Inte grators (6) anliegt, und dessen nicht invertierender Eingang am Abgriff eines zweiten veränderlichen Span nungsteilers (R ₅) und über einen zweiten Widerstand (R ₆) an den Ausgang des Operationsverstärkers (14) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (6), solange das elektrische Signal (V _e) den ersten vorgegebenen Pegel (V ₁) überschreitet, eine Integration durchführt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des ersten vor gegebenen Pegels (V ₁) die Integration ausgelöst wird und nach Unterschreiten eines dritten vorgegebenen Pe gels, der niedriger als der erste vorgegebene Pegel (V ₁) ist, die Integration beendet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (V _a ₂) des In tegrators (6) nach Ende der Integration gelöscht wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (V _a ₂) des In tegrators (6) nach Abbruch der Integration gespeichert wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (6) einen integrierenden Kondensator (C ₁) aufweist, der durch einen vom Ausgangssignal (V _a ₁) der ersten Schaltungs anordnung (4) gesteuerten Schalter (10) überbrückt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Schalter ein FET (10) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (6) als Umkehr-Integrator ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Schaltungs anordnungen (4) vorgesehen sind, die auf unterschied liche erste Pegel (V ₁) eingestellt sind und die, sobald die Höhe ihres Pegels durch das elektrische Si gnal überschritten wird, die Zeitkonstante des Integra tors (6) verändern.

12. Geänderte Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Integra toren (6) zur Integration des elektrischen Signales (V _e) mit zugehörigen ersten Schaltungsanordnungen (4) vorgesehen sind, wobei die ersten Pegel (V ₁) der ersten Schaltungsanord nungen (4) unterschiedlich eingestellt sind.