DE69604276T2

DE69604276T2 - Anti-Rückschlag- und Durchbruchmomentsteuerung für ein Motorwerkzeug

Info

Publication number: DE69604276T2
Application number: DE1996604276
Authority: DE
Inventors: Paul G. Huber; Falgun Patel; Stephen S. Thompson
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: EP0808011B1; EP0808011A1; DE69604276D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Werkzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Motorsteuerungsschaltung und ein Verfahren, um den Beginn von Blockierzuständen (z. B. Rückschlag- oder Durchbruchzuständen) zu erfassen und darauf zu reagieren, indem der Motor pulsierend angesteuert wird, um den Blockierzustand zu überwinden, falls möglich.
Elektrisch angetriebene Werkzeuge verwenden normalerweise einen Motor, der über eine Spindel auf das Werkzeug ein Drehmoment aufbringt. Bei einer elektrischen Bohrmaschine ist die Motorspindel über eine Reihe von Reduktionszahnrädern mit dem Spannfutter gekoppelt, durch das wiederum der Bohrer oder andere Schneid- oder Schleifwerkzeuge gehalten sind, wie beispielsweise eine Lochsäge, eine Schleifscheibe oder ähnliches. Kraftgetriebene Schraubendreher arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip, wobei das Spannfutter einen Schraubendrehereinsatz hält. In beiden Fällen besteht die Funktion der Reduzierzahnräder oder des Getriebezuges darin, die Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs zu reduzieren, während das Drehmoment erhöht wird.
Kraftgetriebene Rauter sind etwas anders. Das Schneidwerkzeug (Rautereinsatz) von einem typischen Hand-Rauter ist normalerweise direkt mit der Spindel des Motors gekoppelt. In diesem Fall wird die volle Drehgeschwindigkeit oder RPM des Motors ohne Getriebereduzierung verwendet, um den Rautereinsatz mit hoher Drehzahl anzutreiben. Pendelsägen und Stichsägen verwenden noch einen anderen Typ von Getriebezug, der die Drehbewegung der Motorspindel in eine Hin- und Herbewegung umsetzt.
Allgemein ausgedrückt können bei allen diesen kraftgetriebenen Werkzeugen plötzlich drohende Blockierzustände auftreten, wobei zu diesem Zeitpunkt das Abgabedrehmoment wegen lokaler Veränderungen der Werkstückhärte, durch Werkstück-Verklemmung oder Festfressen, Werkzeug-Blockierung aufgrund von Graten etc., sehr schnell ansteigt. Wenn die Ursache von diesem Zustand nicht überwunden wird, kann sich das Werkzeug festfressen, und der Motor blockiert. Wenn beispielsweise mit einer kraftgetriebenen Bohrmaschine ein Loch gebohrt wird, den entstehen bei einigen Werkstücken an der Werkzeugsaustrittsseite des Werkstücks Grate, und diese Grate können mit den Nuten des Bohrers eingreifen, wodurch eine sehr schnelle Zunahme des Drehmoments bewirkt wird, wenn der Bohrer versucht, sich freizubrechen. In einigen Fällen, speziell bei Metall-Werkstücken, können die Grate tatsächlich die Drehung des Bohrers unterbrechen, wodurch ein starkes Reaktionsdrehmoment verursacht wird, das auf den Bediener des Werkzeugs übertragen wird, wenn der Motor das Werkzeug in der Hand des Bedieners dreht (anstatt den Bohrer zu drehen).
Ein ähnliches Phänomen tritt bei kraftgetriebenen Sägen auf. Die Schneidbewegung des Sägeblattes durch das Werkstück kann teilweise oder vollständig blockiert werden, was als Rückschlag bezeichnet wird, was häufig dann passiert, wenn der Sägevorgang annähernd beendet ist und sich das nicht abgestützte Werkstück mit dem Sägeblatt verklemmt. Wenn die Bewegung des Sägeblattes behindert wird, dann wird ein großes Motordrehmoment erzeugt, und in einigen Fällen kann der Motor tatsächlich blockieren.
Diese Zustände werden anschließend allgemein als "Rückschlag-" oder "Blockierzustände" bezeichnet, und zwar unabhängig von den bestimmten kraftgetriebenen Werkzeug oder den speziellen Umständen, die zu dem drohenden Rückschlag- oder Blockierzustand führen.
Anti-Rückschlag-Steuerungstechniken für kraftgetriebene Werkzeuge, bei denen ein drohender Rückschlagzustand erfaßt und die Kraftübertragung zu dem Werkzeug unterbrochen und/oder wahlweise eine Bremskraft auf das Werkzeug aufgebracht wird, und zwar in Reaktion auf den drohenden Rückschlagzustand, wurden bereits entwickelt. Diese Systeme sind vollständig in dem U.S. Patent Nr. 4,267,914 und dem U.S.-Patent Nr. 4,249,117 beschrieben. Die Anti-Rückschlag-Steuerungssysteme, die in diesen Patenten beschrieben werden, sind dazu eingerichtet, die Energiezufuhr zu dem Motor zu unterbrechen, wenn der drohende Rückschlagzustand auftritt. Wenn dem Werkzeug wieder Energie zugeführt werden soll, muß der Betätigungsschalter vollständig gelöst und dann wieder betätigt werden, oder von dem Bediener muß irgendein anderes Signal bereitgestellt werden.
Obwohl die in diesen Patenten beschriebenen Systeme wirksam sind, um einen Rückschlagzustand zu erfassen und zu verhindern, kann die Reaktion der darin offenbarten Steuerungsschaltungen auf den drohenden Rückschlagzustand die Fähigkeit des Bedieners daran hindern, die gewünschte Aufgabe auszuführen. Wenn zum Beispiel infolge einer Verklemmung des Bohrers an einem Grat, der sich während des Durchbruchs gebildet hat, die Energiezufuhr unterbrochen wurde, dann kann es für den Bediener schwierig sein, den Grat freizubrechen, um das Loch fertigzubohren, ohne daß sich der Blockierzustand wiederholt und eine wiederholte Unterbrechung der Energiezufuhr bewirkt wird. Folglich ist eine verbesserte Steuerungstechnik erforderlich, die nicht nur wirksam ist, um einen Rückschlagzustand zu erfassen und zu verhindern, sondern die ebenfalls wirksam ist, um es dem Bediener zu ermöglichen, das Hindernis möglicherweise zu überwinden und die gewünschte Aufgabe vollständig durchzuführen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Verbesserung gegenüber der bekannten Anti-Rückschlag-Technologie zur Verfügung zu stellen. Statt auf einen drohenden Rückschlagzustand einfach dadurch zu reagieren, daß die Energiezufuhr zu dem Werkzeug unterbrochen wird (und/oder eine Bremskraft aufgebracht wird), bewirkt die vorliegende Erfindung einen pulsierenden Motorbetrieb, durch den in vielen Fällen der Durchbruch- oder Rückschlagzustand tatsächlich gelöst und bereinigt werden kann, so daß das Werkzeug nicht angehalten und neu gestartet werden muß. Wenn die Erfindung beispielsweise bei kraftgetriebenen Bohrmaschinen angewendet wird, dann kann der Benutzer den Betätigungsschalter betätigt halten, während die vorliegende Steuerung einen drohenden Blockierzustand erfaßt (z. B. einen Rückschlag- oder Durchbruchzustand) und auf diesen Zustand reagiert, indem der Motor für eine bestimmte Zeitdauer pulsierend angesteuert wird, um eine Folge von Drehmomentimpulsen zu liefern. Diese Drehmomentimpulse haben jeweils ein Spitzendrehmoment, das wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Folge von Impulsen geliefert wird. Das Aufbringen dieser Drehmomentimpulse kann es dem Werkzeug möglich machen, die Grate oder Werkstückblockierungen zu durchbrechen, durch die der drohende Blockier- oder Rückschlagzustand bewirkt wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Impulse in einer Sequenz geliefert, die mit der Resonanzfrequenz vom Getriebezug des kraftgetriebenen Werkzeugs harmonisch in Beziehung steht. Dadurch wird eine noch größere Spitzendrehmomentabgabe zur Verfügung gestellt, indem bewirkt wird, daß der Getriebezug zwischen einem Antriebszustand und einem Ruhezustand mit der Resonanzfrequenz des Getriebezuges oszilliert.
Die vorliegende Erfindung kann praktisch bei jedem kraftgetriebenen Werkzeug verwendet werden. Wenn sie bei der Motorsteuerung einer Kreissäge Verwendung findet, dann kann durch die pulsierende Motorwirkung bewirkt werden, daß der Verklemmungs- Zustand gelöst oder durchbrochen wird, durch den ursprünglich die drohende Blockierung bzw. Rückschlag bewirkt wurde.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Steuerung eines kraftgetriebenen Werkzeugs, das einen Motor hat, durch den bei Betätigung eines von einem Benutzer betätigbaren Schalters ein Drehmoment auf eine Ausgangsspindel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt:
Messen eines Motorparameters und Erfassen einer schnellen Veränderung des Wertes von diesem Parameterm, wodurch der Beginn eines bevorstehenden Blockierzustandes angezeigt wird; und
mehrmaliges, impulsförmiges Ansteuern des Motors, während der Schalter betätigt bleibt, um eine Folge von Drehmoment impulsen zu liefern, deren Spitzendrehmoment wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Folge geliefert wird.
Die Erfindung schafft außerdem eine Motorsteuerungsschaltung für ein elektrisch angetriebenes Werkzeug, das einen Motor hat, durch den bei Betätigung eines von einem Benutzer betätigbaren Schalters ein Drehmoment auf eine Ausgangsspindel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung aufweist:
eine Antriebsschaltung, die mit dem Motor gekoppelt ist, um die Stromzufuhr zu dem Motor zu steuern;
einen Prozessor, der mit der Antriebsschaltung gekoppelt ist und ein Prozessorausgangssignal zur Verfügung stellt, um die Antriebsschaltung zu steuern;
einen Stromsensor, der mit der Antriebsschaltung gekoppelt ist, um einen Parameter zu messen, durch den der Motorstrom angezeigt wird, und der mit dem Prozessor gekoppelt ist, um ein erstes Prozessoreingangssignal zur Verfügung zu stellen;
wobei der Prozessor erste Einrichtungen aufweist, um eine schnelle Veränderung von dem Wert des ersten Prozessoreingangssignals zu erfassen, um den Beginn eines Blockierzustandes zu erfassen;
wobei der Prozessor außerdem zweite Einrichtungen aufweist, um das Prozessorausgangssignal zu verwenden, um dem Motor in Reaktion auf den erfaßten Beginn eines Blockierzustandes eine Vielzahl von Stromimpulsen zu dem Motor zu liefern, um eine Folge von Drehmomentimpulsen zu liefern, deren Spitzendrehmoment wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Folge geliefert wird, während der Schalter betätigt bleibt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann verwendet werden, um praktisch jedes kraftgetriebene Werkzeug zu steuern, das einen Motor hat, durch den ein Drehmoment auf eine Ausgangsspindel aufgebracht wird, wenn er durch einen von einem Benutzer betätigbaren Schalter aktiviert wird. Das Verfahren betrifft das Messen eines Motorparameters, durch den der Beginn eines Blockierzustands angegeben wird. Der gemessene Parameter kann zum Beispiel der Motorstrom sein, und der Beginn der Blockierung kann durch Überwachen der Veränderungsgeschwindigkeit des Motorstroms über die Zeit abgeleitet werden. Während der Betätigungsschalter betätigt bleibt, wird der Motor während einer vorbestimmten Zeitdauer impulsförmig angesteuert, um eine Folge von Drehmomentimpulsen zu liefern, die jeweils ein Spitzendrehmoment haben, das wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Folge von Drehmomentimpulsen geliefert wird. In vielen Fällen wird der Zustand, durch den die drohende Blockierung bewirkt worden ist, durch diese Drehmomentimpulse überwunden. Wenn dies so ist, dann wird wieder der normale Motorbetrieb aufgenommen. Wenn nicht, dann wird die Energiezufuhr nach einer vorbestimmten Zeitdauer unterbrochen, um ein Durchbrennen des Motors zu verhindern.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht von einer typischen Bohrmaschine mit veränderbarer Drehzahl ist, bei der die Steuerungsschaltung der Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerungsschaltung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Impulsbetriebsart-Zeitdiagramm, das zum Verständnis der Erfindung praktisch ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 6 eine Darstellung des Motorstroms als eine Funktion über die Zeit ist, in der dargestellt wird, wie der Motor bei normalem Betrieb und in der Impulsbetriebsart gesteuert wird;
Fig. 7, 8 und 9 Darstellungen des Motorstroms (digitale Werte) als eine Funktion der Zeit (Netzzyklen) sind, die zum Verständnis der Erfindung bei Betrieb praktisch sind; und
Fig. 10 eine detaillierte schematische Darstellung von einer Motorsteuerungsschaltung für eine Bohrmaschine ist, bei der die vorliegende Erfindung verwendet wird.
Die Erfindung ist bei einem weiten Bereich von verschiedenen kraftgetriebenen Werkzeugen praktisch. Um die Prinzipien der Erfindungen zu erläutern, wird eine Bohrmaschine dargestellt und beschrieben. Es ist offensichtlich, daß die Erfindung auch bei anderen Typen von elektrisch angetriebenen Werkzeugen verwendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Bohrmaschine allgemein mit 10 bezeichnet. Die Bohrmaschine enthält eine Steuerungsschaltung 12 gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Bohrmaschine 10 enthält auf herkömmliche Weise einen Motor 16, einen Getriebezug 20 und ein Spannfutter 22 zur Aufnahme eines Werkzeugs. Ein Betätigungsschalter 24 steuert die Stromzufuhr zu dem Motor und kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit des Motors zu verändern, um für verschiedene Arbeitsanforderungen geeignet zu sein. Ein Bohrer 26 kann, wie dargestellt ist, in das Spannfutter eingesetzt werden. Der Bohrer hat einen mit Nuten versehenen Schaft 28 und eine Bohrerspitze 30 herkömmlicher Ausgestaltung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Blockdiagramm von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerungsschaltung 12 dar gestellt. Mittels der Steuerungsschaltung 12 wird dem Motor 16 gemäß der Erfindung sowohl für den normalen (permanenten) Betrieb als auch für die Impulsbetriebsart Strom zugeführt.
Die Steuerungsschaltung 12 enthält einen Mikrocontroller 30 in der Form eines Mikroprozessors oder Mikrocomputers. Eine Stromversorgungsschaltung 32 ist mit einem Wechselstromnetzeingang gekoppelt und liefert eine geeignete Gleichspannung, um den Mikrocontroller 30 zu betreiben. Wie dargestellt, liefert der Betätigungsschalter 24 ein Betätigungssignal zu dem Mikrocontroller 30. Dieses Betätigungssignal gibt die Position oder Einstellung des Betätigungsschalters an, wenn er manuell von dem Bediener des Werkzeugs betätigt wird. Falls gewünscht, kann der Mikrocontroller 30 eine Rücksetzschaltung 34 enthalten, die bei Aktivierung bewirkt, daß der Mikrocontroller neu initialisiert wird.
Der Antriebsstrom zum Betreiben des Motors 16 wird durch eine Triac-Antriebsschaltung 36 gesteuert. Die Triac-Antriebsschaltung wird ihrerseits durch ein Signal gesteuert, das von dem Mikrocontroller 30 geliefert wird. Ein Stromsensor 38 ist in Reihe mit dem Motor 16 und der Triac-Antriebsschaltung 36 verbunden. Der Stromsensor 38 kann beispielsweise ein geringer Widerstand mit hoher Leistung sein. Die Spannung, die über dem Stromsensor 38 abfällt, wird als eine Angabe des tatsächlichen augenblicklichen Motorstroms gemessen. Der so gemessene augenblickliche Motorstrom wird einer Durchschnittsstrommeßschaltung 40 zugeführt, die wiederum den Durchschnittsstromwert dem Mikrocontroller 30 zuführt. Der Mikrocontroller 30 verwendet den Durchschnittsstrom, um zu berechnen, ob in die Impulsbetriebsart umgeschaltet werden muß oder nicht. Zusätzlich zu dem Durchschnittsstrom wird dem Mikrocontroller 30 auch ein Signal von einer Stromerfassungsschaltung 42 zugeführt. Diese Schaltung ist mit der Triac-Antriebsschaltung 36 gekoppelt und liefert ein Signal, das den konduktiven Zustand der Triac-Antriebsschaltung angibt. Wenn der Triac aus irgendeinem Grund in Reaktion auf das Steuersignal von dem Mikrocontroller nicht einschaltet, dann wird das von der Schaltung 42 erfaßt, und diese informiert den Mikrocontroller, so daß von dem Mikrocontroller ein weiterer Steuersignalimpuls gesendet werden kann. Insbesondere dann, wenn die Triac-Gate-Spannung gleich Null ist (Triac nicht leitend), liefert die Schaltung 42 eine Angabe von diesem Zustand an den Mikrocontroller.
Bei Betrieb liefert der Betätigungsschalter 24 das Betätigungssignal, das sich proportional zu der Schalterstellung verändert, zu dem Mikrocontroller 30. Basierend auf diesem Betätigungssignal erzeugt der Mikrocontroller 30 ein Steuersignal, durch welches bewirkt wird, daß die Triac-Antriebsschaltung konduktiv wird, wodurch ermöglicht wird, daß der Motor 16 mit Strom versorgt wird. Dieser Motorstrom bewirkt, daß sich der Motor dreht, wobei der Motorstrom etwa proportional zum Motordrehmoment ist. Die Durchschnittsstromschaltung 40 und der Stromsensor 38 überwachen den Motorstrom und liefern ein Durchschnittsstromsignal zu dem Mikrocontroller 30. Dieses Durchschnittsstromsignal wird vom Mikrocontroller 30 verarbeitet, wie nachfolgend beschrieben wird, um zu messen, wann ein drohender Blockierzustand aufgetreten ist. Wenn ein drohender Blockierzustand bestimmt wird, schaltet der Mikrocontroller 30 in eine Impulsbetriebsart, wodurch bewirkt wird, daß die Triac-Antriebsschaltung schnelle EIN-/AUS-Stromimpulse zum Motor 16 liefert. Diese Stromimpulse bewirken eine Folge von Drehmomentimpulsen, die jeweils ein Spitzendrehmoment haben, das wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Impulsbetriebsart geliefert wird. In vielen Fällen wird durch diese Drehmomentimpulse der Zustand überwunden, durch den die drohende Blockierung bewirkt wurde. Wenn dies der Fall ist, dann wird dies von dem Mikrocontroller 30 erfaßt, indem das Durchschnittsstromsignal überwacht wird, und er kehrt automatisch in den normalen Motorbetrieb zurück.
Die Impulsbetriebsart der Erfindung kann durch eine Vielzahl verschiedener, durch Mikroprozessoren implementierter Prozeduren implementiert werden. Zwei Prozeduren sind hier beschrieben: eine erste Prozedur, die in Fig. 3 dargestellt ist, und eine zweite Prozedur, die in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Pseudocode- Routine, die die Details von einer möglichen Impulsbetriebsart- Routine darstellt, erscheint im Anhang. Anhand einer weiteren Darstellung ist in Fig. 10 eine detaillierte Darstellung einer Motorsteuerungsschaltung für eine Wechselstrom-Bohrmaschine gezeigt und nachstehend beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist eine erste Motorsteuerungs- Routine dargestellt. Beginnend bei Startschritt 100 überprüft die Routine zunächst, um zu sehen, ob der Bedienerschalter geschlossen ist (Schritt 102). Der Bedienerschalter kann zum Beispiel der manuell zu betätigende Betätigungsschalter 24 von einer Bohrmaschine sein. Wenn der Schalter nicht geschlossen ist, dann wird die Stromzufuhr zu dem Motor unterbrochen (Schritt 104), und die Steuerung kehrt zurück zu Schritt 102. Wenn der Betätigungsschalter geschlossen ist, dann wird dem Motor Energie zugeführt (Schritt 106), und der Motor wird dann proportional zu der Last, die durch das Werkzeug auf den Motor aufgebracht wird, mit Strom versorgt. Der Motorstrom wird überwacht (Schritt 108), und die Veränderungsgeschwindigkeit des Motorstroms wird gemessen (Schritt 110). Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Motorstroms positiv ist (Schritt 112) und wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Motorstroms außerdem einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet (Schritt 114), dann wird die Impuls-Routine aufgerufen (Schritt 116). Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Motorstroms nicht positiv ist oder wenn die Änderungsgeschwindigkeit keinen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, dann kehrt die Steuerung einfach zu Schritt 102 zurück.
Die Impulsbetriebsart-Routine kann durch eine Vielzahl von verschiedenen durch Mikroprozessoren implementierte Prozeduren implementiert werden. Eine solche Prozedur ist im Pseudocode- Listing beschrieben, das im Anhang erscheint. Unter Bezugnahme auf das Pseudocode-Listing definiert die Prozedur eine Strom- EIN-Zeit und eine Strom-AUS-Zeit. Diese werden verwendet, um die Motorstromimpulswellenform zu erzeugen, die in Fig. 4 dargestellt ist. Falls gewünscht, können die EIN-Zeit und die AUS-Zeit von gleicher Zeitdauer sein (ein 50% Schaltverhältnis), oder sie können verschiedene Zeitdauern haben. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die EIN-Zeit- und AUS-Zeit-Dauer aus der Wechselstromnetzfrequenz abgeleitet werden. Alternativ können die EIN-Zeit- und AUS-Zeit-Dauer mittels einer internen Uhr des Mikrocontrollers 30 erzeugt werden. Durch geeignete Auswahl der EIN-Zeit- und AUS-Zeit-Werte kann die Frequenz des pulsierenden Stromsignals bei der Systementwicklung realisiert werden.
Obwohl die Erfindung mit einer Vielzahl von verschiedenen EIN-Zeit- und AUS-Zeit-Kombinationen implementiert werden kann, ergeben sich bei einigen Werkzeuganwendungen Vorteile dadurch, daß die EIN-Zeit und AUS-Zeit entsprechend der Resonanzfrequenz des Werkzeuggetriebezuges ausgewählt wird. Normalerweise gibt es ein bestimmtes Ausmaß an Spiel in dem Getriebezug eines kraftgetriebenen Werkzeugs, wodurch ermöglicht wird, daß sich die Motorspindel zwischen einer Antriebsposition und einer Ruheposition dreht, wenn Leistung zugeführt bzw. nicht zugeführt wird. Bei vielen physikalischen Systemen haben der Motor und dessen Getriebezug eine Resonanzfrequenz, nämlich die Frequenz, bei der eine Oszillation zwischen dem Antriebszustand und dem Ruhezustand mit größter Wahrscheinlichkeit eintritt. Wird der pulsierende Strom synchron zu dieser Resonanzfrequenz zugeführt, dann wird die Oszillationsenergie verstärkt. Zur Erläuterung dieses Prinzips betrachte man, wie ein Basketball mit der Hand gedribbelt wird, indem nämlich Energie bei oder nahe dem Spitzenwert von jedem Aufprall synchron mit der Prallfrequenz zugeführt wird. Die Energie wird zu einem genauen Zeitpunkt zugeführt, so daß die Oszillation (Prallen) verstärkt wird. Die Energie kann auf die gleiche Weise dem oszillierenden Getriebezugsystem zugeführt werden. Die Resonanzfrequenz des Getriebezuges von einem kraftgetriebenen Werkzeug kann experimentell unter Verwendung der Prozedur bestimmt werden, die im Pseudocode des Anhangs beschrieben wird. Um die Eigenfrequenz herauszufinden, ist der Mikrocomputer so programmiert, um iterativ einen Bereich verschiedener EIN-Zeiten und AUS-Zeiten auszuwählen, während die Drehmomentabgabe des Werkzeugs gemessen wird. Diejenigen EIN-Zeit- und AUS-Zeit-Werte, die der maximalen Drehmomentabgabe entsprechen, entsprechen der Resonanzfrequenz des Getriebzugsystems (oder in einigen Fällen einer Oberwelle davon).
Unter Bezugnahme auf das Pseudocode-Listing im Anhang wird mittels der Prozedur außerdem eine Impulsbetriebsart-Dauer definiert. Wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, ist die Impulsbetriebsart-Dauer eine vorbestimmte Zeit, während der die Impulsbetriebsart-Routine arbeitet, wenn sie aufgerufen wird. Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Impulsbetriebsart-Routine unter bestimmten Umständen beendet, nachdem die Impulsbetriebsart-Dauer abgelaufen ist. Wenn folglich der Blockierzustand nicht innerhalb dieser vorbestimmten Impulsbetriebsart-Dauer überwunden ist, wird der Motor abgeschaltet, um ein Durchbrennen zu verhindern.
Durch die Prozedur des Pseudocodes im Anhang ist außerdem ein Stromgrenzwert definiert, bei dem die Impulsbetriebsart- Routine abgebrochen werden kann, da der drohende Blockierzustand überwunden worden ist.
Die Prozedur beginnt mit der Initialisierung der obigen Werte. Dann wird der Impulsbetriebsart-Dauer-Zähler gestartet. Der Rest der Routine wird solange durchgeführt, bis der Impulsbetriebsart-Dauer-Zähler abgelaufen ist.
Der Motorstrom wird für ein Intervall eingeschaltet, das durch die Strom-EIN-Zeit vorgegeben ist. Dies wird erreicht, indem ein Strom-EIN-Zeit-Zähler gestartet und dann der Motorstrom solange eingeschaltet wird, bis der EIN-Zeit-Zähler abgelaufen ist. Solange der Motorstrom eingeschaltet ist, mißt das Strommeßsystem den Durchschnittsmotorstrom. Vorzugsweise erfolgt die Messung auf einer Zyklus-mal-Zyklus-Basis unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Schaltung. Wenn der Durchschnittsmotorstrom kleiner ist als der initialisierte Stromgrenzwert, dann wird die Motorimpuls-Routine früher verlassen. Die Motorimpuls-Routine wird ebenfalls dann verlassen, wenn der Bediener den Schalter öffnet, obwohl die Strom-EIN-Zeit nicht abgelaufen ist.
Wenn die EIN-Zeit abgelaufen ist, wird die AUS-Zeit gemessen. Der Motorstrom wird abgeschaltet, und der AUS-Zeit-Zähler wird gestartet. Bis die AUS-Zeit abgelaufen ist, überprüft die Routine, ob der Bediener den Schalter geöffnet hat. Wenn dies der Fall ist, wird die Motorimpuls-Routine verlassen. Wenn die Motor-AUS-Zeit abgelaufen ist, geht die Steuerung zurück zu dem EIN-Zeit-Segment der Prozedur, wodurch der Zyklus wiederholt wird, bis die Impulsbetriebsart-Dauer abgelaufen ist.
Wenn der Impulsbetriebsart-Dauer-Zähler abgelaufen ist, dann wird durch eine Bedingung, die nur dann erreicht wird, wenn der Blockierzustand nicht überwunden worden ist, der Strom zu dem Motor abgeschaltet, eine Bremskraft kann aufgebracht werden, falls gewünscht, und der Betätigungsschalter wird außer Funktion gesetzt, bis er physikalisch vom Bediener zurückgesetzt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Motorsteuerungs-Routine dargestellt. Beginnend beim Startschritt 130 mißt die Routine zunächst in Schritt 132 die Verlagerung des Betätigungsschalters, um die aktuelle Einstellung des Betätigungsschalters 24 zu bestimmen. Danach (Schritt 134) wird der Durchschnittsmotorstrom gemessen, und die Motorspannung wird proportional zu der Schalterverlagerung eingestellt (Schritt 136). Auf diese Weise wird der Motor eingestellt, um mit einer Geschwindigkeit zu arbeiten, die durch die Einstellung des Betätigungsschalters bestimmt ist.
In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 wird die Impulsbetriebsart erst dann durchgeführt, wenn die Veränderung der Verlagerung oder Bewegung des Betätigungsschalters größer ist als ein vorbestimmter Grenzwert. Daher wird in Schritt 138 die Veränderung der Verlagerung des Betätigungsschalters mit einem Delta-Grenzwert verglichen. Wenn die Veränderung der Verlagerung des Betätigungsschalters nicht größer ist als der Grenzwert, dann kehrt die Steuerung einfach zu Schritt 132 zurück. Anderenfalls geht die Steuerung zu Schritt 140 weiter, wo der absolute Strom mit einem Absolutstromgrenzwert verglichen wird. Wenn der Absolutstrom über dem Grenzwert liegt, wird die Impulsbetriebsart gestartet (Schritt 142). Falls nicht, geht die Steuerung weiter zu Schritt 144, wo die zeitliche Veränderung des Durchschnittsstroms analysiert wird. Wenn die Veränderung des Durchschnittsstroms (di/dt) größer ist als ein oberer Grenzwert, oder wenn die Veränderung des Durchschnittsstromes über zwei aufeinanderfolgende Zyklen größer ist als ein Zwischengrenzwert, dann wird die Impulsbetriebsart gestartet (Schritt 142). Wenn keine dieser Überprüfungen (Schritt 144) positiv ist, dann geht die Steuerung zurück zu Schritt 132.
Der Motor fährt mit der Impulsbetriebsart solange fort, bis bestimmte Zustände eintreten. Wie in den Schritten 146 und 148 gezeigt, wird der Motor abgeschaltet, wenn der Durchschnittsstrom während der Impulsbetriebsart größer ist als ein oberer Grenzwert. Wie in Schritt 150 gezeigt, wird die Impulsbetriebsart beendet und die Steuerung kehrt zu Schritt 132 zurück, wenn der Durchschnittsstrom kleiner ist als ein unterer Grenzwert.
Anhand einer weiteren Darstellung wird in Fig. 6 grafisch der Motorstrom einer kraftgetriebenen Bohrmaschine dargestellt, die mit der Erfindung ausgestattet ist. Das Motordrehmoment ist proportional zu dem Motorstrom, weshalb die grafische Darstellung in Fig. 6 ebenfalls zeigt, wie das Motordrehmoment gesteuert wird. Wenn das Werkzeug eingeschaltet wird, dann steigt der Motorstrom sehr schnell an, wie bei A, da das Werkzeug auf die volle Drehzahl beschleunigt. Danach sinkt der Motorstrom auf einen normalen Betriebsstrom, wie bei B. Während das Werkstück gebohrt wird, kann der Motorstrom infolge von Veränderungen der Werkstückhärte und Veränderungen des vom Benutzer aufgebrachten Drucks leicht ansteigen und abfallen. Von diesen geringen Veränderungen abgesehen ist der Motorstrom im wesentlichen konstant, wenn sich der Bohrer seinen Weg durch das Werkstück arbeitet, wie in Einfügung I in Fig. 6 dargestellt.
Wenn ein Durchbruch stattfindet, wie in Einfügung II dargestellt, steigt der Motorstrom sehr schnell an, wie bei C. Insbesondere ist die Veränderungsgeschwindigkeit des Motorstroms viel schneller als während der anfänglichen Beschleunigung, wie bei A. Der Grund für dieses schnelle Ansteigen des Motorstroms ist der, daß das Loch an der Ausgangsseite des Werkstückes noch nicht genau rund ist und Grate oder nicht entfernte Materialabschnitte haben kann, die sich in dem Nut-Bereich des Bohrers verklemmen.
Wenn mit Hilfe der Erfindung der schnelle Anstieg des Motorstroms erfaßt wird, dann wird die Impulsbetriebsart-Routine aufgerufen, und der Motorstrom wird gepulst, wie bei D dargestellt. Es sei angemerkt, daß der Spitzenmotorstrom (und das Motordrehmoment), der während dieser Impulsbetriebsart erreicht wird, wesentlich größer ist als der Durchschnittsmotorstrom (und das Durchschnittsdrehmoment) während dieses Intervalls. Der Spitzenmotorstrom und das Spitzendrehmoment sind wesentlich größer als das Durchschnittsdrehmoment während des normalen Bohrens, wie bei B. Es sei ebenfalls angemerkt, daß der Spitzenstrom bei E einen Maximalwert annimmt und sich danach bei jedem aufeinander folgenden Spitzenwert vermindert. Schließlich fällt der Spitzenstrom auf den Stromgrenzwert bei F, woraufhin der normale (nicht gepulste) Betrieb wieder aufgenommen wird.
Während jedes Impulses in der Impulsbetriebsart wird die Schneidkante des Bohrers angetrieben, um in einer meißelähnlichen Funktion gegen den Grat oder das noch nicht entfernte Werkstückmaterial zu stoßen. Nach jedem Stoß kann sich der Getriebezug erholen, wodurch es möglich ist, daß sich die Schneidkante des Bohrers für den nächsten Stoß leicht zurückbewegt. Auf diese Weise bewirkt die Schneidkante des Bohrers eine Hackbewegung, und das Spitzendrehmoment, das während jedes Hackvorgangs erzeugt wird, ist wesentlich größer als das Durchschnittsdrehmoment, das der Motor normalerweise zur Verfügung stellen kann. Diese pulsierende Funktion macht es möglich, daß sich das Werkzeug durch verbliebene Grate oder andere Materialblockierungen brechen kann. Nachdem der Durchbruch stattgefunden hat, kehrt das Werkzeug zu seiner normalen Funktion zurück, so daß das Loch sauber ausgebohrt werden kann, wie durch Einfügung III dargestellt. Das Pulsieren warnt den Bediener außerdem, daß der obige Zustand eingetreten ist.
Wichtig ist, daß der Schalter während des gesamten Impulsbetriebs eingeschaltet bleibt, d. h. durch den Bediener des Werkzeugs betätigt wird. Das System geht automatisch in die Impulsbetriebsart über, wenn dies durch einen schnellen Anstieg des Motorstroms bestimmt wird, und der Benutzer kann einfach den Betätigungsschalter weiterhin geschlossen halten, wobei er sich auf den Bohr- oder Schneidvorgang konzentriert.
Wenn der Impulsbetrieb keinen Erfolg hat, den Blockierzustand zu überwinden, dann wird der Motor abgeschaltet, nachdem die vorbestimmte Impulsbetriebsdauer abgelaufen ist.
Obwohl die Einfügungen I-III aus Fig. 6 einen Bohrer dargestellt haben, ist die Erfindung ebenso praktisch bei anderen Typen von kraftgetriebenen Werkzeugen, wie oben erläutert. Bei einer kraftgetriebenen Säge kann ein möglicher Blockierzustand auftreten, nachdem der Sägevorgang abgeschlossen ist und sich ein Teil des entfernten Materials zwischen dem Sägeblatt und dem Spaltkeil oder einer anderen Führung festsetzt. Durch die pulsierende Wirkung der Impulsbetriebsart wird das Werkstück von dieser Blockierung befreit und der Bediener vor diesem Zustand gewarnt. Daher kann die vorliegende Erfindung bei einer breiten Vielzahl von kraftgetriebenen Werkzeugen eingesetzt werden, einschließlich Bohrmaschinen und Sägen.
Zum besseren Verständnis der Motorsteuerungs-Routine aus Fig. 5 wird auf Fig. 7, 8 und 9 Bezug genommen. In diesen Figuren ist der Durchschnittsmotorstrom (der A/D-Wert, der durch die Analog/Digital-Wandlerschaltung des Mikrocontrollers 30 erzeugt wird) als eine Funktion der Zeit (gemessen in Netzzyklen) gezeigt.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 führt eine Impulsbetriebsart synchron zu der Wechselstromfrequenz durch. In dem Pseudocode-Listing im Anhang ist ein etwas allgemeinerer Fall dargestellt, bei dem die Impulsbetriebsart nicht notwendigerweise mit der Netzfrequenz synchronisiert ist. In dem Pseudocode-Listing können die EIN- und AUS-Zeiten irgendwelche Werte sein, die durch die Uhrschaltung des Mikroprozessors gemessen werden. In dem in Fig. 7-9 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die EIN- und AUS-Zeiten gemessen, indem eine vorbestimmte Anzahl von Wechselstromnetzzyklen gezählt wird, anstatt die Uhrschaltung des Mikroprozessors zu verwenden. Für wechselstrombetriebene Werkzeuge ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 7-9 bevorzugt. Für gleichstrombetriebene Werkzeuge, wie beispielsweise kabellose, batteriebetriebene Werkzeuge, kann das auf einer Uhr basierende Mikroprozessor-Ausführungsbeispiel verwendet werden. Fig. 7 zeigt ein erstes Beispiel des Systems aus Fig. 5 im Betrieb.
Wenn der Schalter eingeschaltet wird, wie bei A, sinkt der Durchschnittsmotorstrom auf einen stabilen Betriebswert, wie bei B. Dieser Strom gibt den normalen Werkzeugbetrieb an, und zwar ohne einen plötzlich auftretenden Blockierzustand. Bei C steigt der Strom sehr schnell an, wodurch ein drohender Blockierzustand angezeigt wird. Wie in Fig. 5 beschrieben, findet der drohende Blockierzustand dann statt, wenn einer von zwei Zuständen erfüllt ist. Zustand 1: Der Durchschnittsmotorstrom steigt als eine Funktion der Zeit, die größer ist als ein vorbestimmter Delta-Grenzwert. Fig. 7 zeigt diesen Delta- Grenzwert als eine Änderungsgeschwindigkeit oder einen ersten abgeleiteten Wert, der einer vorbestimmten Stromanstiegs- oder Abfallgeschwindigkeit entspricht. Zustand 2: Der Durchschnittsmotorstrom übersteigt einen absoluten Grenzwert. Fig. 7 zeigt den absoluten Grenzwert als einen Strom oberhalb des gezeigten unteren Grenzwerts. Wenn einer dieser beiden Zustände erfüllt ist (in diesem Fall der erste Zustand), startet die Impulsbetriebsart. Wenn die Ursache des drohenden Blockierzustandes nach einer vorbestimmten Zeitdauer (nach einer vorbestimmten Anzahl von Netzzyklen) nicht überwunden ist, wird der Motor abgeschaltet, wie bei G. Das Abschalten findet in diesem Fall statt, da die Durchschnittsstromspitzenwerte den oberen Grenzwert übersteigen.
Fig. 8 zeigt den Fall, in dem der Motorstrom in die Impulsbetriebsart übergeht, wie bei C, und anschließend in die normale Betriebsart zurückkehrt, wie bei F. Der normale Betrieb tritt wieder ein, da der Motorstrom unter den unteren Grenzwert gefallen ist.
Fig. 9 zeigt den Fall, in dem die Impulsbetriebsart begonnen hat, wie bei C, und diese Betriebsart fortgesetzt wird, ohne daß der Motor abgeschaltet wird. Der Spitzenmotorstrom in der Impulsbetriebsart fällt unter den oberen Stromgrenzwert. Da der obere Grenzwert nicht erreicht wird, wird die Impulsbetriebsart fortgesetzt. Bei einem Vergleich von Fig. 9 mit Fig. 7 sei angemerkt, daß in Fig. 7 der Durchschnittsstromspitzenwerte während der Impulsbetriebsart den oberen Grenzwert übersteigen. Daher wird in Fig. 7 die Impulsbetriebsart beendet, und der Motor wird bei G abgeschaltet, während in Fig. 9 die Impulsbetriebsart nicht beendet wird.
Fig. 10 zeigt, wie die Erfindung bei einer wechselstrombetriebenen Bohrmaschine implementiert werden kann. Gruppen von Komponenten in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 entsprechen den Blockdiagrammelementen in Fig. 2. Folglich wird für einen Überblick dieser Schaltungskomponentenfunktionen auf Fig. 2 Bezug genommen. Unter Bezugnahme auf Fig. 10 verwendet die aktuell bevorzugte Stromversorgungsschaltung 32 Zenerdioden, um verschiedene Teile der Schaltung mit geringen Spannungen zu versorgen, einschließlich einer 5 Volt Gleichspannungsversorgung und einer 12 Volt Gleichspannungsversorgung.
Die Schaltung aus Fig. 10 kann unter Verwendung einer ST6210A Mikrocontrollerschaltung realisiert werden, die gemäß der dargestellten Anschlüsse angeschlossen ist. Ein Resonanzkreis 200 bewirkt die genaue Taktfrequenz des Mikrocontrollers. Die Betätigungsschalterschaltung 24 ist mit dem A/D-Eingangsanschluß 10 des Mikrocontrollers verbunden. Der Mikrocontroller 30 ist daher in der Lage, die Stellung des Betätigungsschalters zu überwachen. Die Wechselstromnetzfrequenz wird dem Mikrocontroller 30 über den Meßwiderstand 202 zugeführt, der mit dem hochohmigen Eingangsanschluß 8 gekoppelt ist. Auf diese Weise wird der Mikrocontroller 30 mit einem Signal versorgt, aus dem er die Wechselstromnetzfrequenz erhalten kann, und zwar zur Synchronisation und zur Erzeugung der Zeitbasis, durch die die Geschwindigkeit der Impulsbetriebsart gesteuert wird.
Unter bestimmten Umständen wird der Mikrocontroller 30 die Energie für die LED abschalten, und zwar aus Gründen der optischen Anzeige. Der Mikrocontroller 30 liefert ein Signal an Anschluß 12, der für diesen Zweck der Basis des Transistors 204 zugeführt wird. Der Anschluß 15 ist über einen Endwiderstand 206 mit der 5 Volt Versorgung gekoppelt, so daß der Mikrocontroller den Zustand der Triac-Antriebsschaltung überwachen kann. Der Anschluß 15 ist außerdem über den Widerstand 208 mit dem Steueranschluß des Triac 36 gekoppelt. Abhängig von dem Zustand des Triac kann der Anschluß 15 des Mikrocontrollers 30 nach unten gezogen werden, wodurch eine Veränderung des Zustandes der Triac-Antriebsschaltung signalisiert wird.
Der Mikrocontroller 30 steuert die Funktion der Triac- Antriebsschaltung 36 über den Anschluß 19. Anschluß 19 ist mit der Basis des Triac-Antriebsschaltungstransistors 212 gekoppelt. Ein veränderliches, alternierendes Schaltverhältnis-Signal wird dem Transistor 212 zugeführt, der wiederum den Triac ansteuert. Es sei angemerkt, daß der Triac vorzugsweise mit der neutralen Seite der Motorschaltung gekoppelt ist, wie dargestellt.
Wenn der Motor arbeitet, wird Motorstrom durch den Strommeßwiderstand 38 geleitet. Der Strommeßwiderstand kann eine Einrichtung mit hoher Leistung und geringem Widerstand (0,01 Ohm) sein. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 38 wird durch eine Durchschnittsstromüberwachungsschaltung 40 gemessen. Der Ausgang von Schaltung 40 wird dem A/D-Eingangsanschluß 11 des Mikrocontrollers 30 zugeführt. Dieses Signal wird verwendet, um zu bestimmen, wann die Impulsbetriebsart eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird und außerdem wann der Strom zu dem Motor abgeschaltet werden soll.
Die derzeit bevorzugte Durchschnittsstromüberwachungsschaltung 40 führt eine Zyklus-mal-Zyklus-Durchschnittsstrommessung durch. Der Operationsverstärker 214 spiegelt den Spannungsabfall, der über dem Strommeßwiderstand 38 gemessen wird. Diese gespiegelte Spannung wird der Basis des Transistors 216 zugeführt, der Strom durch den Kondensator 218 zieht, um die Spannung beizubehalten, die durch den Transistor 216 und den Wert des Widerstandes 220 erreicht wird. Der Zyklus-mal-Zyklus-Motor strom iave kann aus der Spannung Vc am Kondenstator 218 unter Verwendung nachfolgender Formel berechnet werden, wobei Rs der Widerstand des Widerstandes 38, Ri der Widerstand des Widerstandes 220 und T die Periode des Wechselnetzstromes ist (z. B. 10 msec).
iave = Ri/Rs C/T · Vc
Die Spannung Vc am Kondensator 218 wird dem A/D-Eingangsanschluß 11 über den Widerstand 221 zugeführt. Wenn die A/D-Wandlung durch den Mikrocontroller abgeschlossen ist, wird der Anschluß 11 auf HIGH gesetzt, und der Kondensator 218 wird zum Zweck des Zurücksetzens der Zyklus-mal-Zyklus-Durchschnittsstromschaltung über den Widerstand 221 entladen, um den nächsten positiven Halbzyklus des Stroms zu empfangen. Das Rücksetzen der Schaltung ermöglicht es dem System, den Durchschnittsstrom des Motors mit einer Netzzyklus-Antwortzeit zu messen, die kritisch ist, wenn der schnelle Anstieg des Motorstroms genau und augenblicklich erfaßt wird. Aus dem vorhergehenden ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerungsschaltung und ein Verfahren zur Verfügung stellt, das bei einer breiten Vielzahl von verschiedenen kraftgetriebenen Werkzeugen eingesetzt werden kann, um einen drohenden Blockierzustand zu erfassen und, in einigen Fällen, zu überwinden. Kraftgetriebene Werkzeuge, die mit der Erfindung ausgestattet sind, sind einfacher und bequemer zu betätigen, da sich der Bediener auf das genaue Bohrung oder Sägen konzentrieren kann, ohne daß er sich über Blockierzustände Sorgen machen muß, wie Durchbruch- und Rückschlagzustände. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß, wenn ein drohender Blockierzustand stattfindet, die pulsierende Wirkung der Erfindung Drehmomentimpulse liefert, so daß der Blockierzustand überwunden werden kann, der Bediener jedoch dieses Drehmoment nicht fühlt, da das Durchschnittsdrehmoment klein bleibt. Die pulsierende Wirkung dient jedoch als eine Warnung für den Bediener, daß ein möglicher Blockierzustand vorliegt. Kraftgetriebene Werkzeuge, die mit der Erfindung ausgestattet sind, haben somit eine geringere Neigung, sich in der Hand des Bedieners zu verdrehen.
Obwohl die Erfindung anhand ihrer derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß bei der Erfindung einige Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird, der durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist. Obwohl die Erfindung beispielsweise primär für eine Anwendung bei wechselstrombetriebenen Bohrmaschinen offenbart wurde, ist die Erfindung beispielsweise ebenso für batteriebetriebene Werkzeuge geeignet.

ANHANG

Impulsbetriebsart-Routine
Initialisiere Strom-EIN-Zeit
Initialisiere Strom-AUS-Zeit
Initialisiere Impulsebetriebsart-Dauer
Initialisiere Stromgrenzwert
Starte Impulsbetriebsart-Dauer-Zähler
Solange Impulsbetriebsart-Dauer nicht abgelaufen
Beginn
;[Pulsieren des Motors ein für EIN-Zeit]
Starte Strom-EIN-Zeit-Zähler
Solange Strom-EIN-Zeit nicht abgelaufen:
Strom einschalten
Durchschnittsmotorstrom messen
Wenn Durchschnittsmotorstrom kleiner als Stromgrenzwert Motor-Impulse-Routine verlassen;
[Früher verlassen, wenn Blockierzustand aufgehoben] Sonst
Wenn Schalter offen
Motor-Impulse-Routine verlassen;
[Früher verlassen, wenn Schalter geöffnet] Sonst
Ende While
;[Pulsieren des Motors aus für AUS-Zeit]
Strom ausschalten
Starte Strom-AUS-Zeit-Zähler
Solange Strom-AUS-Zeit-Zähler nicht abgelaufen:
Wenn Schalter offen
Motor-Impulse-Routine verlassen;
[Früher verlassen, wenn Schalter geöffnet]
Ende While
;[Wiederholen der obigen Schritte bis Impulsbetriebsart-Dauer abgelaufen]
Motorstrom ausschalten
Betätigungsschalter außer Betrieb setzen (bis physikalisch zurückgesetzt)
Ende

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines kraftgetriebenen Werkzeugs, das einen Motor hat, durch den bei Betätigung eines von einem Benutzer betätigbaren Schalters ein Drehmoment auf eine Ausgangsspindel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt:

Messen eines Motorparameters und Erfassen einer schnellen Veränderung des Wertes von diesem Parameter, wodurch der Beginn eines bevorstehenden Blockierzustandes angezeigt wird; und

mehrmaliges, impulsförmiges Ansteuern des Motors, während der Schalter betätigt bleibt, um eine Anzahl von Drehmomentimpulsen zu liefern, die ein Spitzendrehmoment haben, das wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Anzahl geliefert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Motorparameter der Motorstrom ist und durch den Meßschritt ein schneller Anstieg des Motorstroms erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor durch Wechselstrom mit einer vorbestimmten Umlauffrequenz betrieben wird und daß der Motorparameter-Meßschritt synchron zu der Umlauffrequenz wiederholt durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor durch Wechselstrom mit einer vorbestimmten Umlauffrequenz betrieben wird und daß der Schritt des impulsförmigen Ansteuerns durchgeführt wird, indem der Stromfluß zu dem Motor synchron zu der Umlauffrequenz behindert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine charakteristische Resonanzfrequenz hat und daß der Schritt des impulsförmigen Ansteuerns mit einer Frequenz durchgeführt wird, die im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz in harmonischer Beziehung steht.

6. Motorsteuerungsschaltung für ein elektrisch angetriebenes Werkzeug (10), das einen Motor hat, durch den bei Betätigung eines von einem Benutzer betätigbaren Schalters ein Drehmoment auf eine Ausgangsspindel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung aufweist:

eine Antriebsschaltung (36), die mit dem Motor (16) gekoppelt ist, um die Zufuhr von Strom zu dem Motor zu steuern;

einen Prozessor (30), der mit der Antriebsschaltung (36) gekoppelt ist und eine Prozessorausgangssignal zur Steuerung der Antriebsschaltung liefert;

einen Stromsensor (38, 40), der mit der Antriebsschaltung (36) gekoppelt ist, um einen Parameter zu messen, durch den der Motorstrom angezeigt wird, und mit dem Prozessor (30) gekoppelt ist, um ein erstes Prozessoreingangssignal zu liefern;

wobei der Prozessor (30) erste Einrichtungen (108-114) aufweist, um eine schnelle Veränderung des Wertes des ersten Prozessoreingangssignals zu erfassen, um den Beginn eines Blockierzustandes zu erfassen;

wobei der Prozessor außerdem zweite Einrichtungen (142) aufweist, um das Prozessorausgangssignal zu verwenden, um, während der Schalter betätigt bleibt, in Reaktion auf den erfaßten Beginn eines Blockierzustandes eine Vielzahl von Stromimpulsen zu dem Motor zu liefern, um eine Anzahl von Drehmomentimpulsen zu liefern, die ein Spitzendrehmoment haben, das wesentlich größer ist als das Durchschnittsdrehmoment, das während der Anzahl geliefert wird.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen von einem Benutzer betätigbaren Schalter (24) aufweist, der mit dem Prozessor (30) gekoppelt ist, um ein zweites Prozessoreingangssignal zu liefern, um zu bewirken, daß dem Motor Strom zugeführt wird, und daß die zweiten Einrichtungen (142) das zweite Prozessoreingangssignal periodisch überlagern und den Strom behindern, der dem Motor zugeführt wird.

8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) durch Wechselstrom betrieben wird und daß der der Durchschnittsmotorstrom zumindest einmal in jeder Periode des Wechselstroms mittels des Stromsensors (38, 40) gemessen wird.

9. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (30) außerdem Einrichtungen (146, 148) aufweist, um nach einer vorbestimmten Zeitdauer oder in Reaktion auf das Erfassen, daß der Blockierzustand überwunden ist, die Zufuhr von Stromimpulsen zu dem Motor zu beenden.

10. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kraftgetriebene Werkzeug (10) eine charakteristische Resonanzfrequenz hat und daß dem Motor mittels der zweiten Einrichtungen (142) des Prozessors Stromimpulse mit einer Frequenz zugeführt werden, die im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz in harmonischer Beziehung steht.