EP0150669A2 - Handwerkzeug mit beweglich gelagerter Trägheitsmasse - Google Patents

Handwerkzeug mit beweglich gelagerter Trägheitsmasse Download PDF

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EP0150669A2
EP0150669A2 EP84810594A EP84810594A EP0150669A2 EP 0150669 A2 EP0150669 A2 EP 0150669A2 EP 84810594 A EP84810594 A EP 84810594A EP 84810594 A EP84810594 A EP 84810594A EP 0150669 A2 EP0150669 A2 EP 0150669A2
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mass
container
magnetic field
liquid
permanent magnet
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Heinz Dr.-Phys. Kousek
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/13—Cutting by use of rotating axially moving tool with randomly-actuated stopping means
    • Y10T408/14—Responsive to condition of Tool or tool-drive

Definitions

  • the invention relates to a motor-operated hand-held device which gives a tool a rotary movement, with a housing and a mass movably mounted therein in a plane running perpendicular to the tool axis.
  • the reaction moment occurring on the tool must be applied by the operator. This is easily manageable in normal operation. For example, when drilling in inhomogeneous material, the drill can suddenly jam and even become blocked. This leads to a rapid increase in the reaction torque, for which the operator is generally not prepared. Under unfavorable conditions, this can lead to injuries to the operator. When working on scaffolding or ladders the danger of a direct-g also is ewichtswes, resulting in a further hazard.
  • a mass is mounted so as to be movable relative to the housing in a plane that is essentially perpendicular to the tool axis.
  • the mass is displaced relative to the housing due to its inertia and actuates a switch.
  • the pulse emitted by the switch when it is actuated can be used, for example, to interrupt the energy supply to the drive motor, for Actuation of a disconnect clutch or a brake can be used.
  • the invention has for its object to provide a simple device for a handheld device that enables a rapid and independent of external influences such as temperature, pollution or the like to detect undesirable torques suddenly acting on the device.
  • the mass is an electrically conductive liquid arranged in a closed, electrically non-conductive container and Means are provided for tapping off the induction which arises during a relative movement of the mass in a magnetic field.
  • the mass By designing the mass as a liquid according to the invention, the mechanical friction, which is dependent on various factors such as lubrication state, temperature and the like, is replaced by the substantially lower liquid friction.
  • the liquid is hermetically sealed in the container.
  • the hand-held device When the hand-held device is suddenly turned around its tool axis, the liquid mass rotates about its own axis due to its inertia relative to the housing.
  • This relative movement of the mass relative to the housing can be determined from the outside as an electrical signal according to the laws of "electromagnetism or the relationship between the current-carrying conductor and the magnetic field.
  • the mass In order to obtain a signal that can be used for further processing, it is expedient for the mass to be at least partially penetrated by the magnetic field.
  • a voltage is induced in the area of the mass penetrated by the magnetic field, which voltage can be measured and used as a signal.
  • a voltage can be applied to the electrically conductive, liquid mass. If this mass moves as a current-carrying conductor through the magnetic field, a field change occurs, which in turn can be measured and used as a signal.
  • electrical coils can be used to generate the magnetic field.
  • these coils mean a loss of energy and also have the disadvantage that they heat up over time during operation. It is therefore advantageous to provide a permanent magnet for generating the magnetic field.
  • a permanent magnet takes up little space and constantly generates a constant magnetic field.
  • the magnetic field can be introduced to the mass via yokes connected to the magnet.
  • Electrodes must be created to measure or apply a voltage to the liquid mass. It is therefore expedient to design the means for tapping the induction as electrodes which are in electrical connection with the liquid. Materials with good electrical conductivity, such as copper, silver or gold, can be used for the electrodes.
  • the electrodes protrude through the wall of the container. However, since there is no relative movement between the electrodes and the container, the passage of the electrodes through the container wall can be sealed without any problems.
  • the mass can move relative to the field by tapping the voltage induced in the mass.
  • the currents that occur are very small and therefore have to be electrically amplified.
  • Another expedient possibility is to arrange the means for tapping the induction on an induction element.
  • This induction element can be an additional coil, for example. If the poles of this second coil are arranged offset to those of a first coil analogous to the construction of an AC meter, a voltage is induced in the second coil when the mass moves relative.
  • a semiconductor component in particular a so-called “Hall element”, can also be used as an induction element for tapping off the induction.
  • various substances can be used as the liquid for the mass, provided that they are conductive.
  • concentrated salt solutions or the like can also be used.
  • a certain minimum weight of the mass is advantageous for the safe functioning of the device.
  • the liquid is mercury.
  • Mercury has a very high density and therefore gives a high moment of inertia.
  • the electrical conductivity of mercury is good and it can no disruptive galvanic potentials arise.
  • the liquid state of matter extends over a wide temperature range and the viscosity is very low. Because of the high surface tension of the mercury, the container, which is preferably made of plastic, is not wetted. Any air bubble in the container would therefore remain stationary and would not be a problem.
  • the drill shown in FIG. 1 has a housing 1 and an associated, laterally projecting handle 2.
  • a switch 3 and a feed line 4 are arranged on the handle 2.
  • a drilling spindle 5 protrudes from the housing 1.
  • the drilling spindle 5 is provided with a chuck 6 for receiving the drilling tools.
  • a container 7 is arranged in the rear area of the housing 1 adjacent to the handle 2.
  • the container 7 is hermetically sealed and, as can be seen in particular from FIG. 2, contains a liquid serving as mass 8.
  • the mass 8 is electrically conductive and should have the highest possible density.
  • Mercury is preferably used for the mass 8.
  • Mercury also has a high surface tension and therefore does not wet the wall of the container 7. Instead of mercury, concentrated salt solutions can also be used.
  • the container 7 is fixedly connected to the housing 1.
  • a permanent magnet 9 is arranged outside the container 7.
  • the permanent magnet 9 is on both sides with a protruding into the area of the container 7 Provide yoke 10.
  • the liquid mass 8 arranged in the container 7 is thus partially penetrated by a magnetic field generated by the permanent magnet 9.
  • electrodes 10, 11 each protrude into the container 7.
  • the electrodes 10, 11 are in electrical connection with the mass 8.
  • the magnet 9 with the two yokes 10 is also fixedly connected to the housing 1.
  • the container 7 is preferably designed as a round box, the axis of which runs parallel to the drilling spindle 5.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Abstract

Das Handgerät weist eine in einem verschlossenen, elektrisch nicht leitenden Behälter (7) angeordnete, elektrisch leitfähige, flüssige Masse (8) auf. Die Masse (8) wird teilweise von einem durch einen Permanentmagneten (9) erzeugten Magnetfeld durchsetzt Bei einer Verdrehung des Gehäuses (1) um die Achse der Bohrspindel (5) entsteht zwischen der Masse (8) und dem Behälter (7) bzw. dem Permanentmagneten (9) eine Relativbewegung. Durch diese Bewegung der Masse (8) in dem vom Permanentmagneten (9) erzeugten Magnetfeld wird in die Masse (8) eine elektrische Spannung induziert, die beispielsweise an in den Behälter (7) ragenden Elektroden (11,12) abgegriffen und als elektrisches Signal verwendet werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein motorisch betriebenes Handgerät, das einem Werkzeug eine Drehbewegung erteilt, mit einem Gehäuse und einer darin in einer senkrecht zur Werkzeugachse verlaufenden Ebene beweglich gelagerten Masse.
  • Bei Handgeräten muss das am Werkzeug auftretende Reaktionsmoment von der Bedienungsperson aufgebracht werden. Dieses ist im Normalbetrieb ohne weiteres beherrschbar. Beispielsweise beim Bohren in inhomogenem Material kann der Bohrer jedoch plötzlich klemmen und gar blockiert werden. Dies führt zu einem raschen Ansteigen des Reaktionsmomentes, auf das die Bedienungsperson im allgemeinen nicht vorbereitet ist. Unter ungünstigen Voraussetzungen kann dies zu Verletzungen der Bedienungsperson führen. Bei Arbeiten auf Gerüsten oder Leitern besteht ausserdem die Gefahr eines Gleichgewichtsverlustes, was zu einer weiteren Gefahrenquelle führt.
  • Zur Verminderung der genannten Gefahren ist es bekannt, zwischen dem Antriebsmotor und der Werkzeugachse eine bei einem bestimmten Drehmoment ansprechende Kupplung anzuordnen. Das Ansprechen einer solchen, sogenannten Ueberlastkupplung setzt jedoch das Aufbringen eines entsprechenden Gegendrehmomentes durch die Bedienungsperson voraus. Eine solche Kupplung ist somit in erster Linie ein Ueberlastschutz für das Gerät und nur bedingt dazu geeignet, die Bedienungsperson zu schützen.
  • Bei einem weiteren bekannten Gerät ist eine Masse in einer im wesentlichen rechtwinklig zur Werkzeugachse verlaufenden Ebene relativ zum Gehäuse beweglich gelagert. Bei einem aus den vorgenannten Gründen plötzlichen Verdrehen des Gerätes um die Werkzeugachse wird die Masse infolge ihrer Trägheit relativ zum "Gehäuse versetzt und betätigt dabei einen Schalter. Der vom.. Schalter bei dessen Betätigung abgegebene Impuls kann beispielsweise zum Unterbrechen der Energiezufuhr zum Antriebsmotor, zum Betätigen einer Trennkupplung oder einer Bremse verwendet werden.
  • Diese bekannte Einrichtung weist jedoch einige Unsicherheitsfaktoren auf. So tritt bei der Lagerung der Masse Lagerreibung auf, durch welche das Ansprechen des Schalters beeinflusst wird. Andererseits kann die Masse, beispielsweise infolge von Vibrationen, zu Schwingungen angeregt werden, welche zu einem Aufschaukeln und schliesslich zum Betätigen des Schalters führen können, ohne dass dabei ein Blockieren des Werkzeuges eingetreten ist. Das Aufschaukeln der Masse kann zwar durch eine Dämpfung verhindert werden, doch wird durch diese Dämpfung im Falle eines wirklichen Blockierens des Werkzeuges das Betätigen des Schalters zeitlich verzögert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einem Handgerät eine einfache Einrichtung zu schaffen, die ein rasches und von äusseren Einflüssen wie Temperatur, Verschmutzung oder dergleichen unabhängiges Erfassen von unerwünschten, plötzlich auf das Gerät einwirkenden Drehmomenten ermöglicht.
  • Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Masse eine in einem verschlossenen, elektrisch nicht leitenden Behälter angeordnete, elektrisch leitfähige Flüssigkeit ist und Mittel zum Abgreifen der bei einer Relativ-Bewegung der Masse in einem Magnetfeld entstehenden Induktion vorgesehen sind.
  • Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Masse als Flüssigkeit wird die von verschiedenen Faktoren wie Schmierzustand, Temperatur und dergleichen abhängige mechanische Reibung durch die wesentlich geringere Flüssigkeitsreibung ersetzt. Die Flüssigkeit ist im Behälter hermetisch abgeschlossen. Beim plötzlichen Verdrehen des Handgerätes um seine Werkzeugachse dreht sich die flüssige Masse infolge ihrer Trägheit relativ zum Gehäuse um ihre eigene Achse. Diese Relativbewegung der Masse gegenüber dem Gehäuse kann nach den Gesetzmässigkeiten des "Elektromagnetismus bzw dem Zusammenhang von stromdurchflossenem Leiter und Magnetfeld von aussen als elektrisches Signal festgestellt werden.
  • Um ein für die weitere Verarbeitung brauchbares Signal zu erhalten, ist es zweckmässig, dass die Masse wenigstens teilweise vom Magnetfeld durchsetzt wird. Bei einer Relativbewegung der Masse gegenüber dem Magnetfeld wird somit in dem vom Magnetfeld durchsetzten Bereich der Masse eine Spannung induziert, die gemessen und als Signal verwendet werden kann.
  • Als Umkehrung dieses Prinzips kann an die elektrisch leitfähige, flüssige Masse eine Spannung angelegt werden. Bewegt sich diese Masse somit als stromdurchflossener Leiter durch das Magnetfeld, so entsteht eine Feldänderung, die wiederum gemessen und als Signal verwendet werden kann.
  • Zur Erzeugung des Magnetfeldes können beispielsweise elektrische Spulen verwendet werden. Diese Spulen bedeuten jedoch einen Energieverlust und weisen ausserdem den Nachteil auf, dass sie sich im Betrieb mit der Zeit erwärmen. Es ist daher vorteilhaft, einen Permanentmagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes vorzusehen. Ein Permanentmagnet benötigt wenig Platz und erzeugt dauernd ein gleichbleibendes Magnetfeld. Die Einleitung des Magnetfeldes auf die Masse kann über mit dem Magneten in Verbindung stehende Joche erfolgen.
  • Zum Messen bzw Anlegen einer Spannung an die flüssige Masse müssen Kontaktstellen geschaffen werden. Es ist daher zweckmässig, die Mittel zum Abgreifen der Induktion als mit der Flüssigkeit in elektrischer Verbindung stehende Elektroden auszubilden. Für die Elektroden können elektrisch gut leitfähige Materialien wie Kupfer, Silber oder Gold verwendet werden. Die Elektroden durchragen die Wand des Behälters. Da jedoch keine Relativ-Bewegung zwischen den Elektroden und dem Behälter stattfindet, kann die Durchführung der Elektroden durch die Behälterwandung problemlos abgedichtet werden.
  • Wie erwähnt, kann eine Relativbewegung der Masse gegenüber dem Feld durch Abgreifen der in die Masse induzierten Spannung erfolgen. Die dabei auftretenden Ströme sind jedoch sehr gering und müssen daher elektrisch verstärkt werden. Eine weitere zweckmässige Möglichkeit besteht darin, die Mittel zum Abgreifen der Induktion an einem Induktionselement anzuordnen. Dieses Induktionselement kann beispielsweise eine zusätzliche Spule sein. Werden die Pole dieser zweiten Spule zu denjenigen einer ersten Spule analog dem Aufbau eines Wechselstromzählers versetzt angeordnet, so wird bei einer Relativbewegung der Masse in die zweite Spule eine Spannung induziert.
  • Anstelle einer zweiten Spule kann zum Abgreifen der Induktion jedoch auch ein Halbleiter-Bauelement, insbesondere ein sogenanntes "Hall-Element" als Induktionselement verwendet werden.
  • Im Prinzip können als Flüssigkeit für die Masse verschiedene Stoffe verwendet werden, sofern diese leitfähig sind. Beispielsweise kommen dafür auch konzentrierte Salzlösungen oder dergleichen in Frage. Für ein sicheres Funktionieren der Einrichtung ist ein bestimmtes Mindestgewicht der Masse von Vorteil. Aufgrund der relativ geringen Dichte von Salzlösungen kann eine grosse Dimensionierung des Behälters erforderlich sein. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass die Flüssigkeit Quecksilber ist. Quecksilber besitzt eine sehr hohe Dichte und ergibt somit ein hohes Trägheitsmoment. Die elektrische Leitfähigkeit von Quecksilber ist gut und es können keine störenden galvanischen Potentiale entstehen. Der flüssige Aggregatszustand erstreckt sich über einen weiten Temperaturbereich und die Viskosität ist sehr gering. Wegen der hohen Oberflächenspannung des Quecksilbers wird der vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Behälter nicht benetzt. Eine allfällige Luftblase im Behälter bliebe daher ortsfest und würde somit nicht stören.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein erfindungsgemässes Bohrgerät, teilweise aufgeschnitten und perspektivisch dargestellt, ..
    • Fig. 2 einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Bohrgerätes, in vergrössertem Massstab.
  • Das aus Fig. 1 ersichtliche Bohrgerät weist ein Gehäuse 1 sowie einen damit verbundenen, seitlich wegragenden Handgriff 2 auf. Am Handgriff 2 sind ein Schalter 3 sowie eine Zuleitung 4 angeordnet. An dem dem Handgriff 2 entgegengesetzten Ende des Gehäuses 1 ragt eine Bohrspindel 5 aus dem Gehäuse 1. Die Bohrspindel 5 ist mit einem Spannfutter 6 zur Aufnahme der Bohrwerkzeuge versehen.
  • Im rückwärtigen, dem Handgriff 2 benachbarten Bereich des Gehäuses 1 ist ein Behälter 7 angeordnet. Der Behälter 7 ist hermetisch verschlossen und enthält, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine als Masse 8 dienende Flüssigkeit. Die Masse 8 ist elektrisch leitfähig und soll eine möglichst hohe Dichte aufweisen. Für die Masse 8 wird vorzugsweise Quecksilber verwendet. Quecksilber weist ausserdem eine hohe Oberflächenspannung auf und benetzt daher die Wandung des Behälters 7 nicht. Anstelle von Quecksilber können jedoch auch konzentrierte Salzlösungen verwendet werden. Der Behälter 7 ist feststehend mit dem Gehäuse 1 verbunden. Ausserhalb des Behälters 7 ist ein Permanentmagnet 9 angeordnet. Der Permanentmagnet 9 ist beidseitig mit einem in den Bereich des Behälters 7 ragenden Joch 10 versehen. Die im Behälter 7 angeordnete, flüssige Masse 8 wird somit teilweise von einem durch den Permanentmagneten 9 erzeugten Magnetfeld durchsetzt. Im Zentrum sowie am Umfang des Behälters 7 ragen je eine Elektrode 10, 11 in den Behälter 7. Die Elektroden 10, 11 stehen mit der Masse 8 in elektrischer Verbindung. Der Magnet 9 mit den beiden Jochen 10 ist mit dem Gehäuse 1 ebenfalls feststehend verbunden. Der Behälter 7 ist vorzugsweise als runde Dose ausgebildet, deren Achse parallel zur Bohrspindel 5 verläuft.
  • Bei einer plötzlichen Verdrehung des Bohrgerätes um die Achse der Bohrspindel 5 erfolgt infolge der Massenträgheit eine Relativbewegung zwischen der Masse 8 und dem Behälter 7 bzw dem Permanentmagneten 9. Die Masse 8 wird dabei im Behälter 7 um die zentrale Längsachse des Behälters 7 verdreht. Die Masse 8 bewegt sich somit als Leiter durch das vom Permanentmagneten 9 und den Jochen 10 erzeugte Magnetfeld. Dabei wird in die Masse 8 eine Spannung induziert. Diese Spannung kann an den Elektroden 10, 11 abgegriffen und als Signal zur Auslösung einer bestimmten Funktion, wie beispielsweise Abschalten der Energiezufuhr, Betätigung einer Kupplung oder Bremse, verwendet werden. Zu diesem Zweck sind die Elektroden 11, 12 mit Anschlussleitungen 13, 14 verbunden. Da die Stärke des Signals relativ gering ist, kann, wie in Fig. 2 dargestellt, das Signal auch zuerst einem Verstärker 15 zugeführt werden.

Claims (6)

1. Motorisch betriebenes Handgerät, das einem Werkzeug eine Drehbewegung erteilt, mit einem Gehäuse und einer darin in einer senkrecht zur Werkzeugachse verlaufenden Ebene beweglich gelagerten Masse, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Masse (8) eine in einem verschlossenen, elektrisch nicht leitenden Behälter (7) angeordnete, elektrisch leitfähige Flüssigkeit ist und Mittel zum Abgreifen der bei einer Relativbewegung der Masse (8) in einem Magnetfeld entstehenden Induktion vorgesehen sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (8) wenigstens teilweise vom Magnetfeld durchsetzt wird.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Permanentmagnet (9) zur Erzeugung des Magnetfeldes vorgesehen ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abgreifen der Induktion als mit der Flüssigkeit in elektrischer Verbindung stehenden Elektroden (11, 12) ausgebildet sind.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abgreifen der Induktion an einem Induktionselement angeordnet sind.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Quecksilber ist.
EP84810594A 1983-12-21 1984-12-05 Handwerkzeug mit beweglich gelagerter Trägheitsmasse Expired EP0150669B1 (de)

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DE19833346215 DE3346215A1 (de) 1983-12-21 1983-12-21 Handwerkzeug mit beweglich gelagerter traegheitsmasse

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