DE3235194A1 - Verfahren und vorrichtung zur sicherung von werkzeugen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur sicherung von werkzeugen

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DE3235194A1 DE19823235194 DE3235194A DE3235194A1 DE 3235194 A1 DE3235194 A1 DE 3235194A1 DE 19823235194 DE19823235194 DE 19823235194 DE 3235194 A DE3235194 A DE 3235194A DE 3235194 A1 DE3235194 A1 DE 3235194A1
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Description

3.8.1982 Fd/Kc
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Verfahren und Vorrichtung zur Sicherung von Werkzeugen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruehs♦ Beim Schlagbohren in Wänden, in denen elektrische oder sanitäre Installationsleitungen verlegt sind, "besteht immer die Gefahr, daß man mit dem Bohrer auf eine dieser Leitungen trifft. Dasselbe gilt für das Schlagbohren in Beton, in dem sich Moniereisen befindet. Gebräuchliche Werkzeuge weisen keinerlei Schutzvorrichtungen auf. Die Folge davon ist, daß Leitungen unterbrochen oder durchbohrt werden oder aber das Werkzeug unbrauchbar wird. Ebenso kann beim Sägen mit einem Holzsägeblatt bei der Berührung metallischer Teile das Sägeblatt zerstört werden. Der Benutzer des motorgetriebenen Werkzeuges mußte selbst darauf achten, daß er bei der Berührung von Metallteilen sein Werkzeug schnell abschaltete, wenn er überhaupt in'der Lage war dies zu erkennen.
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Vorteile der Erfindung
Das erfiudungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Abschaltung des Werkzeuges automatisch erfolgt, sobald ein metallisches Teil berührt wird. Dies hat den Vorteil, daß in den Wänden verborgene Installationsleitungen nicht zerstört werden und die Werkzeuge nicht unbrauchbar werden. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß eine Vorrichtung nach dem beschriebenen Verfahren einfach aufzubauen ist und auch dann abschaltet, wenn das berührte Metallteil mit der Masse nicht direkt verbunden ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, zur Speisung des Werkzeughalters eine Wechselspannung zu verwenden. Mit einer Wechselspannung ist es möglich, die Berührung von Metallteilen auch dann anzuzeigen, wenn diese nicht mit einer Masseleitung in Verbindung stehen.
Die Vorrichtung zur Sicherung von kraftbetriebenen Werkzeugen weist vorteilhaft erweise eine Spannungsq,uelle auf, deren Spannung über eine Meßvorrichtung einem Werkzeughalter zugeführt ist, und es sind Mittel vorgesehen, die beim Ansprechen der Meßvorrichtung den Antriebsmotor des Werkzeuges abschalten. Ein Elektromotor kann beispielsweise mittels einer Thyristorschaltung, ein Luftdruckmotor mittels eines Ventils abgeschaltet werden, sobald die Meßvorrichtung anspricht. Dadurch lassen sich auf einfache Art und Weise bereits im Werkzeug vorhandene
- y-
Bauteile zum Abschalten des Werkzeuges verwenden. Ist die Spannungsquelle als Wechselspannungsquelle ausgebildet, ist es vorteilhaft, die.Einspeisung zum Werkzeughalter über einen Kondensator vorzunehmen.
Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung er·- gibt sich bei Elektromotoren, -wenn die Triggersehaltung für den Steuerthyristor oder Triac gleichzeitig als Schwingschaltung ausgebildet Ist. Durch diese Maßnahme läSt sich erreichen, daß die Schwingschaltung einerseits als Spannungsquelle für den ¥erkzeughalter und andererseits als Ansteuerschaltung des Thyristors oder Trlaes dient. Die Zahl der Bauelemente -wird dadurch besonders gering. Weiterhin Ist es vorteilhaft, ein Speicherglied vorzusehen, das bei der ersten metallischen Berührung schaltet und den weiteren Betrieb des Werkzeuges verhindert. Ein Speicherglied ist in einfacher Art und Weise als Thyristor ausgebildet. Ein Rücksetzen des Speichergliedes kann durch das Abschalten des Stromes zum Elektromotor erfolgen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit der Zeichnung aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zum Abschalten eines Werkzeuges nach der Erfindung und Figur 2 ein besonders einfaeh.es und preisgünstiges Ausführungsbeispiel für die Verwendung in Verbindung mit einem Elektrowerkzeug.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist mit 1 eine Wechselspannungsquelle, z.B.
die Netzspannung, bezeichnet. Die Feehselspannungsquelle
ist einerseits an eine Erde 2 angeschlossen. Die Anschlüsse 3 und h kennzeichnen den Stecker eines Elektrowerkzeuges. Das Elektrowerkzeug -weist einen Elektromotor 5 auf, der
einerseits a*n den Anschluß k geführt ist und andererseits mit einem Triac 15 verbunden ist. Der andere Anschluß des Triacs 5 führt zum Anschluß 3 der Versorgungsspannung. Der Antriebsmotor 5 treibt über eine Antriebsachse 8 ein Bohrfutter mit eingespanntem Bohrer 6 an. Die Antriebsachse 8 ist in einem Lager 7 gelagert. An das Lager 7 ist ein
Kondensator 9 angeschlossen, der seinerseits mit einer StrommeßTorrichtung 10 in Verbindung steht. Der Strommeßvorriehtung 10 folgt ein Hochfrequenzgenerator Ii, der vorteilhafter-weise auf einer Frequenz z-wischen 2 und 20 kHz schwingt. Mit den Anschlußklemmen 3 und k ist eine Stromversorgung 12 verbunden, die den HochfrecLuenzgenerator 11 und ein Speicherglied 13 mit einer gleichgerichteten Niederspannung versorgt. An
den Eingang des Speichers 13 führt der Ausgang der Strommeßvorrichtung 10. Der Ausgang des Speiehers 13 ist mit
einer Triggersehaltung 1k verbunden, dessen Ausgangssignal zum Gate des Triacs 15 führt. Desweiteren ist
schematisch ein Metallteil 16 dargestellt, das mit einer
Senke 17 verbunden ist.
Prinzipiell besteht die Einrichtung aus einem elektronisch gesteuerten Schalter, der eine Selbsthaltefunktion aufweist. Der Oszillator 11 erzeugt eine hochfrequente oder impulsförmige Spannung, die über die Strommeßeinrichtung 10,
den Koppelkondensator 9, das Spindellager 7 und der Antriebsachse 8 dem Werkzeug mit dem Werkzeughalter 6 zugeführt ■wird. Die Spannung des Hochfrequenzgenerators 11 liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von 10 Volt, die Frequenz beträgt 2 bis 20 kHz. Beim Anbohren des Metallteils 16 fließt ein Ableitstrom I zur Senke 17 ab. Die· Senke 17 entspricht entweder direkt der Erde 2 oder es handelt sich, falls eine elektrische Leitung angebohrt wurde, um einen Pol der Spannungsquelle 1. Liegt das Metallteil isoliert in der Wand, dann fließt der Strom über eine wandspezifische Impedanz zur Senke 17 ab. Der Ableitstrom I löst in der Meßeinrichtung 10 beim Überschreiten einer bestimmten Größe einen Schaltvorgang aus, der den Speicher 13 setzt. Durch den gesetzten Speicher 13 vird die Triggeischaltung 14 stromlos und der Triac 15 kann nicht mehr zünden. Die Maschine ist abgeschaltet.
Der Motor 5 bleibt solange stromlos, bis der Speicher ■wieder zurückgesetzt wird. Dies geschieht zweckmäßigerveise durch Aus- und Wiedereinschalten der Netzspannung. Dazu wird der Speicher so ausgeführt, daß er mit dem Aussetzen der internen Betriebsspannung, die von der Stromversorgung 12 geliefert wird, in den Ausgangszustand zurückkehrt. Das Werkzeug ist dann wieder betriebsbereit. Eine weitere Möglichkeit ist es, einen getrennten Schalter oder Druckknopf vorzusehen, mit dem der Speicher ohne Ausschalten des Werkzeuges rückgesetzt werden kann.
Der Kondensator 9 liegt typisch in der Größenordnung von etwa 100 pF. Er kann nicht beliebig groß gewählt werden, da sonst vom Werkzeug 6 außer dem Hochfrequenzstrom auch eine netzfrequenter Strom abfließt, so daß eventuell Sehutz-
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isolationsvorschriften berührt werden.
Die Frequenz des Oszillators 11 muß so gewählt werden, daß die Reaktanz des Trennkondensators 9 klein ist gegen die Impedanz der Wände, in denen gebohrt wird. Bei au großer Reaktanz des Trennkondensators 9 erhält man zwischen dem Ableitstrom, der bereits beim normalen Bohren über das Mauerwerk abfließt und dem Strom beim Auftreffen auf ein Metallteil keinen hinreichenden Unterschied, so daß die Strommeßeinrichtung 10 nicht mehr zuverlässig anspricht.
Bei richtiger Abstimmung der Elemente aufeinander kann die Einrichtung so empfindlich gemacht werden, daß eine galvanische Verbindung des Metallteils mit der Erde nicht mehr unbedingt notwendig ist. Der hochfrequente Ableitstrom steigt dann bereits ausreichend an, wenn das Metallteil nur eine genügend große Körperkapazität aufweist, d.h. eine gewisse Mindestgröße hat. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist nicht nur bei Elektrowerkzeugen sondern beispielsweise auch bei Druckluftwerkzeugen anwendbar. Statt des Thyristors oder Triacs 15 ist in diesem Falle ein Ventil vorzusehen, mit dem die Versorgung des Druckluftmotors gesteuert wird. Die elektrische Schaltungsanordung kann entweder durch einen Hetsanschluß oder durch eingebaute Batterien mit Strom versorgt werden. Wesentlich ist jedoch, daß die gemeinsame Masse des Druckluftwerkzeuges an eine Erdverbindung 2 geführt ist.
Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel des in Figur 1 dargestellten Prinzips ist in Figur 2 gezeigt. Die Anschlüsse 3 und k führen zu der hier nicht dargestellten Netzspannung. An den Anschluß k ist der Elektromotor 5
angeschlossen, der andererseits über den Triac 15 mit der Anschlußklemme 3 verbunden ist. Desweiteren führt die Anschlußklemme k zu einer Diode 22, der ein Widerstand 23 nachgeschaltet ist. Der weitere Anschluß des Widerstandes· 23 führt zu einem Widerstand 2k und zu einem Kondensator 27. Der -weitere Anschluß des Widerstandes 2U ist zum Verknüpfungspunkt 35 geführt. Zwischen dem Verknüpfungspunkt 35 und einem Verknüpfungspunkt 36 ist ein weiterer Widerstand 25 geschaltet. Ein Kondensator 26 liegt zwischen dem Verknüpfungspunkt 36 und dem Anschluß 3. An den Verknüpfungspunkt 36 ist eine Triggerdiode 28 angeschlossen, der seinerseits mit dem Gate des Triacs 15 verbunden ist. Weiterhin führt vom Anschlußpunkt 36 eine Leitung zum Emitter eines Transistors 31 und zu einem Widerstand 32. Die Basis des Transistors 31 und der weitere Anschluß des Widerstandes 32 führt zu einem Kondensator 9 der seinerseits elektrisch leitend mit dem Werkzeugaufnehmer und dem Werkzeug 6 verbunden ist. In ge-" strichelten Linien ist ein Widerstand 3k dargestellt, der dem Widerstand 32 gegebenenfalls mit einem Schalter 37 parallel zu schalten ist. Der Kollektor des Transistors 31 ist mit dem Gate eines Thyristors 29 verbunden. Die Anode des Thyristors ist mit dem Anschluß 3, die Kathode mit dem Verknüpfungspunkt 35 verbunden. Parallel zur Gate-Kathodenstrecke des Thyristors liegt ein Widerstand 30.
Die Triggerschaltung mit der Triggerdiode 28, dem Widerstand 25 und dem Kondensator 26 wird nicht, wie sonst üblich, mit Wechselspannung sondern über die Diode 22 und die Widerstände 23 und 2k mit Gleichspannung versorgt. Sie erzeugt keine Einzelimpulse sondern eine periodische Impulsfolge hoher Frequenz. Die Frequenz ist im wesent-
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lichen durch den Wert des Kondensators 26 und des Widerstandes 25 bestimmt. Der Kondensator 26 wird mit einer Gleichspannung aufgeladen und entlädt sich über die Triggerdiode 28 und den Triac 15 immer dann, -wenn die Spannung am Kondensator 26 die Zündspannung der Triggerdiode erreicht hat. Über die Triggerdiode fließt erstens ein hochfrequenter Strom in den Triac 15, der diesen zündet und zweitens steht am Punkt 36 eine hochfrequente Spannung zur Verfügung, die über den Strommeßwiderstand 32 und den Koppelkondensator dem Werkzeughalter 6 zugeführt wird. Die Triggerschaltung hat also gleichzeitig eine Funktion als Trigger und als HF-Oszillator. Erreicht der Spannungsabfall am Widerstand 32 den Basis-Emitter-Sehwellwert des Transistors 31, beispielsweise wenn ein Metallteil angebohrt wurde, dann fließt ein Strom über die Emitter-Kollektor-Streeke des Transistors 31 und bewirkt einen Spannungsabfall am Widerstand 30. Dadurch wird der Hilfsthyristor 29 gezündet und sehließt die Spannung am Verknpüfungspunkt 35 kurz. Dadurch ist die selbstselrwingende Triggerschaltung stromlos, und damit abgeschaltet. Der Hilfsthyristor 29 geht erst wieder in den Auszustand, nachdem die gesamte Einrichtung vom Hetz getrennt wurde. Zur Einstellung verschiedener Empfindlichkeiten können zum Meßwiderstand 32 noch weitere Widerstände 3^ zugeschaltet werden.
Die gezeigten Schaltungsanordnungen sind nicht für den Einsatz Ton Bohrmaschinen beschränkt, sondern können bei Werkzeugen aller Art, beispielsweise Sägen, Winkelschleifer oder Stichsägen Verwendung finden. Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, statt des Hochfrequezgenerators 11 eine Gleichspannungsquelle vorzusehen, wobei die Einkopplung der Gleichspannung über einen Widerstand erfolgt.

Claims (1)

  1. 3.8.1982 Fd/Kc
    ROBEET BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    ( Ij/ Verfahren zur Sicherung von kraftgetriebenen Werkseugen bei der Berührung elektrisch leitender Teile, dadurch gekennzeichnet, daß dem Werkzeughalter (6) eine Spannung zugeführt -wird, daß der Strom über den Werkzeughalter (6) gemessen vird und daß das Werkzeug bei der Überschreitung eines vorgegebenen Stromes abgeschaltet -wird.
    2. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Werkzeughalters (6) eine Wechselspannung Verwendung findet.
    3. Vorrichtung zur Sicherung von kraftgetriebenen Werkzeugen bei der Berührung elektrisch leitender Teile nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsguelle (11) vorgesehen ist, deren Spannung über eine Meßvorrichtung (1O) einem Werkzeughalter (6) zugeführt ist und daß Mittel (Ik, 15) vorhanden sind, die beim Ansprechen der Meßvorrichtung den Antriebsmotor (5) des Werkzeuges abschalten.
    h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsq,uelle (11) eine Wechsel- oder Impuisspannung abgibt.
    5. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung über einen Kondensator (9) erfolgt.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5S dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10) als Strommeßvorrichtung ausgebildet·ist, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Stromes ein Signal abgibt.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherglied (13) vorgesehen ist, mit dem das Signal der Meßvorrichtung speicherbar ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 79 dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Meßvorrichtung (10) auf eine Triggereinrichtung (lh) für einen Schalter (15) eines elektrischen Antriebsmotors (5) einwirkt.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (25S 26, 28) mit einer Gleichspannung versorgt ist, und die Triggerschaltung (25, 26, 28) einen Kondensator aufweist, der durch die Gleichspannung geladen und durch eine Triggerdiode periodisch entladen wird.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (25, 26, 28) gleichzeitig als Oszillator Verwendung findet.
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    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 Bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die MeSvorriehtung eineä widerstand (32) aufweist, dem die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (31) parallel geschaltet ist und daß der Transistor (31) durchgeschaltet wird, wenn die Basis-Emitter-Spannung überschritten wird.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherglied als Thyristor (29) ausgebildet ist, dessen Gate mit der Meßvorrichtung in Verbindung steht und durch ein Signal der Meßvorriehtung zündbar ist.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche T his 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (13; 29, 30) durch das Abschalten der Versorgungsspannung des Werkzeuges rücksetzbar ist.
    Ik. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (3^·) vorgesehen sind, mit denen die Empfindlichkeit der Meßvorriehtung veränderbar ist.
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