EP1358969B1 - Überlastschutz für drehende Werkzeugmaschine - Google Patents

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EP1358969B1 EP03405287A EP03405287A EP1358969B1 EP 1358969 B1 EP1358969 B1 EP 1358969B1 EP 03405287 A EP03405287 A EP 03405287A EP 03405287 A EP03405287 A EP 03405287A EP 1358969 B1 EP1358969 B1 EP 1358969B1
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overload
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overload protection
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Oliver Koslowski
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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
    • B25F5/001—Gearings, speed selectors, clutches or the like specially adapted for rotary tools

Definitions

  • the invention refers to an overload protection for a rotating machine tool, in particular for a transportable core drilling machine for concrete according to the preamble of claim 1 and a control method therefor.
  • overload protection is in US Pat. No. 3,240,304 disclosed.
  • DE4119941 is monitored in a portable machine tool for driving a core bit to protect the electric motor, the current and the temperature of an electronic control unit and separated from this if necessary, the electric motor via a circuit breaker from the power supply.
  • the object of the invention is the realization of a space-saving, dimensioned for high contact forces and torques overload protection for a portable, rotating machine tool and a control method for it.
  • an overload protection of a portable machine tool having a arranged in the drive train between an electric motor and an at least partially rotating tool holder magnetic coupling, which is connected to a control electronics, which separates the drive train via the magnetic coupling to a reset in torque-dependent overload on the magnetic coupling in the drive train an automatic Torque-dependent overload clutch, the overload condition of the powertrain anzennender coupling state is detected by a clutch sensor which is connected to the control electronics.
  • the overload clutch is designed as a prestressed, friction-locked ratchet clutch, further advantageous with overloadable by a clutch travel axially coupling parts, whereby a compact design is possible.
  • the coupling sensor is formed as, further advantageous non-contact, displacement sensor, which is available by default.
  • the magnetic coil of the magnetic coupling for generating the bias of the ratchet coupling is formed by at least one component of the magnetic coupling force generated by this acts along the clutch travel of the ratchet coupling, whereby no separate spring means for the ratchet coupling are required and the bias voltage is controlled by the control electronics.
  • the ratchet coupling to the axial surface obliquely running Haftreib lake, whereby mediated by a given bias on the static friction, the limit torque against a flat axial surface is risigerbar.
  • the circumferential angle of inclination of the adhesive friction surfaces to the axial surface is between 20 ° and 50 °, more advantageously about 35 °, whereby the limit torque can be increased to about four times compared to a flat axial surface.
  • the driving magnetic coupling part with the abortive magnetic coupling part also forms the coupling parts of the ratchet coupling, whereby the ratchet coupling is formed by the magnetic coupling.
  • control electronics In the associated control method of the control electronics is continuously or repeatedly discretely by the control electronics at an initially closed strand of work Detected via the clutch sensor, the clutch state and opened at an overload condition changing coupling state of the work string on the magnetic coupling of the control electronics until the control electronics is reset.
  • control electronics is reset at a separation or time-limited after a separation of the electric motor from the power supply, which is then initially closed at a restart of the electric motor of the work string through the magnetic coupling.
  • an automatic torque-dependent overload clutch 7 is present in the drive train, the overload condition of the powertrain anzennender coupling state of a non-contact clutch sensor 8 can be detected.
  • the overload clutch 7 is designed as a prestressed, friction-locked ratchet coupling which has an axially overloadable coupling parts 7a, 7b when overloaded by a torque M about a clutch travel X.
  • the magnetic coil 9 of the magnetic coupling 5 generates a magnetic coupling force F along the Clutch travel X of the ratchet coupling, which forms the bias.
  • the ratchet coupling has to the axial surface in the inclination angle ⁇ of 35 ° obliquely running Haftreib lake 10.
  • the displaceable coupling parts 7a, 7b of the ratchet coupling form the controllable by the magnetic coil 9 magnetic coupling parts of the magnetic coupling 5.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezeichnet einen Überlastschutz für eine drehende Werkzeugmaschine, insbesondere für eine transportable Kernbohrmaschine für Beton gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Steuerverfahren dafür. Ein solcher Überlastschutz ist in US 3 240 304 A offenbart.
  • Beim Kernbohren in Beton mit hartstoffbesetzten Kernbohrkronen mit Durchmessern grösser 100 mm treten durch die beim Kernbohren üblichen hohen Anpresskräfte und Drehmomente sehr hohe Beanspruchungen für die Werkzeugmaschine auf, deren leistungsbezogene Dimensionierung durch die Forderung der Tragbarkeit beschränkt ist. Um Schädigungen der Werkzeugmaschine insbesondere des Elektromotors und des Getriebes zu vermeiden, ist ein Überlastschutz notwendig.
  • Nach der DE4119941 wird bei einer transportablen Werkzeugmaschine zum Antrieb einer Kernbohrkrone zum Schutz des Elektromotors der Strom und die Temperatur von einer Steuerelektronik überwacht und von dieser bedarfsweise der Elektromotor über einen Leistungsschalter von der Stromversorgung getrennt.
  • Nach der DE3128410 wird das bei einer Handwerkzeugmaschine auftretende Drehmoment von einer Steuerelektronik erfasst und bedarfsweise der Antriebsstrang über eine Magnetkupplung vom Elektromotor getrennt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung eines raumsparenden, für hohe Anpresskräfte und Drehmomente dimensionierten Überlastschutzes für eine transportable, drehende Werkzeugmaschine und eines Steuerverfahrens dafür.
  • Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im Wesentlichen weist ein Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor und einer zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme angeordneten Magnetkupplung, welche mit einer Steuerelektronik verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung bis zu einem Rücksetzen auftrennt, im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung auf, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem Kupplungssensor detektierbar ist, welcher mit der Steuerelektronik verbunden ist.
  • Durch die über den Kupplungssensor der drehmomentabhängigen Überlastkupplung ereignisgesteuerte Magnetkupplung erfolgt nach einer Überlast, auch bei geringerer Beanspruchung, keine Wiederverbindung des Antriebsstranges unter Last, wodurch bei der Dimensionierung der Überlastkupplung ein derartiger Verschleiss bzw. die Reibwärme nicht berücksichtigt werden muss und somit ein kleinerer, raumsparender Überlastschutz realisierbar ist.
  • Vorteilhaft ist die Überlastkupplung als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet, weiter vorteilhaft mit bei Überlast um einen Kupplungsweg axial versetzbaren Kupplungsteilen, wodurch eine kompakte Bauform möglich ist.
  • Vorteilhaft ist der Kupplungssensor als, weiter vorteilhaft berührungsloser, Wegsensor ausgebildet, welcher standardmässig verfügbar ist.
  • Vorteilhaft ist die Magnetspule der Magnetkupplung zur Erzeugung der Vorspannung der Ratschenkupplung ausgebildet, indem zumindest eine Komponente der von dieser erzeugten Magnetkupplungskraft längs des Kupplungswegs der Ratschenkupplung wirkt, wodurch keine separaten Federmittel für die Ratschenkupplung benötigt werden sowie die Vorspannung durch die Steuerelektronik steuerbar ist.
  • Vorteilhaft weist die Ratschenkupplung zur Axialfläche schräg verlaufende Haftreibflächen auf, wodurch bei gegebener Vorspannung vermittelt über die Haftreibung das Grenzdrehmoment gegenüber einer planen Axialfläche steigerbar ist.
  • Vorteilhaft beträgt der umfängliche Neigungswinkel der Haftreibflächen zur Axialfläche zwischen 20° und 50°, weiter vorteilhaft ca. 35°, wodurch das Grenzdrehmoment auf etwa das Vierfache gegenüber einer planen Axialfläche gesteigert werden kann.
  • Vorteilhaft bildet der antreibende Magnetkupplungsteil mit dem abtreibenden Magnetkupplungsteil ebenso die Kupplungsteile der Ratschenkupplung aus, wodurch die Ratschenkupplung durch die Magnetkupplung ausgebildet ist.
  • Bei dem zugeordneten Steuerverfahren der Steuerelektronik wird bei einem initial geschlossenem Arbeitsstrang kontinuierlich oder wiederholt diskret von der Steuerelektronik über den Kupplungssensor der Kupplungszustand erfasst und bei einem sich durch Überlast änderndem Kupplungszustand der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung von der Steuerelektronik solange geöffnet, bis die Steuerelektronik zurückgesetzt wird.
  • Vorteilhaft wird nach dem Öffnen des Arbeitsstrangs durch die Magnetkupplung von der Steuerelektronik der Elektromotor aktiv abgebremst, bspw. durch umpolen, wodurch dieser schneller ausläuft.
  • Vorteilhaft wird die Steuerelektronik bei einer Trennung bzw. zeitbegrenzt nach einer Trennung des Elektromotors von der Stromversorgung zurückgesetzt, wodurch anschliessend bei einem Neustart des Elektromotors der Arbeitsstrang durch die Magnetkupplung initial geschlossen ist.
  • Vorteilhaft wird initial zeitbegrenzt nach dem, weiter vorteilhaft mit geringer Drehzahl erfolgendem, Neustart des Elektromotors über den Kupplungssensor der Kupplungszustand bezüglich des vollständigen Einkuppelns überwacht und im Fehlerfall der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung von der Steuerelektronik solange geöffnet, bis die Steuerelektronik zurückgesetzt wird.
  • Alternativ vorteilhaft erfolgt initial zeitbegrenzt ein, weiter vorteilhaft mit geringer Drehzahl erfolgendem, gegenläufiger Neustart des Elektromotors, wodurch die beiden Kupplungsteile der Überlastkupplung sicher vollständig einkuppeln.
  • Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit der Dastellung des Prinzips des Überlastschutzes einer transportablen Werkzeugmaschine.
  • Nach der Darstellung weist ein Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor 1 und einer über ein Getriebe 2 zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme 3 mit einer Kernbohrkrone 4 angeordnete Magnetkupplung 5 auf, welche mit einer Steuerelektronik 6 verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung 5 bis zu einem Rücksetzen auftrennt. Zudem ist im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung 7 vorhanden, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem berührungslosen Kupplungssensor 8 detektierbar ist. Die Überlastkupplung 7 ist als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet, welche bei Überlast durch ein Drehmoment M um einen Kupplungsweg X axial versetzbare Kupplungsteile 7a, 7b aufweist. Die Magnetspule 9 der Magnetkupplung 5 erzeugt eine Magnetkupplungskraft F längs des Kupplungswegs X der Ratschenkupplung, welche die Vorspannung bildet. Die Ratschenkupplung weist zur Axialfläche im Neigungswinkel α von 35° schräg verlaufende Haftreibflächen 10 auf. Die versetzbaren Kupplungsteile 7a, 7b der Ratschenkupplung bilden die durch die Magnetspule 9 steuerbaren Magnetkupplungsteile der Magnetkupplung 5 aus.

Claims (10)

  1. Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor (1) und einer zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme (3) angeordneten Magnetkupplung (5), welche mit einer Steuerelektronik (6) verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung (5) bis zu einem Rücksetzen auftrennt, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung (7) vorhanden ist, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem Kupplungssensor (8) detektierbar ist, welcher mit der Steuerelektronik (6) verbunden ist.
  2. Überlastschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung (7) als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet ist.
  3. Überlastschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die haftreibschlüssige Ratschenkupplung mit bei Überlast um einen Kupplungsweg (X) axial versetzbaren Kupplungsteilen (7a, 7b) ausgebildet ist.
  4. Überlastschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungssensor (8) als, optional berührungsloser, Wegsensor ausgebildet ist.
  5. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetspule (9) der Magnetkupplung (5) zur Erzeugung der Vorspannung der Ratschenkupplung ausgebildet ist, indem zumindest eine Komponente der von dieser erzeugten Magnetkupplungskraft (F) längs des Kupplungswegs (X) der Ratschenkupplung wirkt.
  6. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ratschenkupplung zur Axialfläche schräg verlaufende Haftreibflächen (10) aufweist, deren umfänglicher Neigungswinkel (α) zur Axialfläche, optional zwischen 20° und 50°, weiter optional 35° beträgt.
  7. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die versetzbaren Kupplungsteile (7a, 7b) der Ratschenkupplung die durch die Magnetspule (9) steuerbaren Magnetkupplungsteile der Magnetkupplung (5) ausbilden.
  8. Steuerverfahren eines Überlastschutzes nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ausgehend von einem initial geschlossenem Arbeitsstrang in einem ersten Schritt von der Steuerelektronik (6) eine drehmomentabhängige Überlast detektiert wird und in einem zweiten Schritt von der Steuerelektronik (6) der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung (5) solange geöffnet wird, bis in einem dritten Schritt die Steuerelektronik (6) zurückgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt der sich durch Überlast ändernde Kupplungszustand der Überlastkupplung (7) kontinuierlich oder wiederholt diskret von der Steuerelektronik (6) über den Kupplungssensor (8) erfasst wird.
  9. Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen des Arbeitsstrangs durch die Magnetkupplung (5) von der Steuerelektronik (6) der Elektromotor (1) aktiv abgebremst wird.
  10. Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) bei einer Trennung bzw. zeitbegrenzt nach einer Trennung des Elektromotors (1) von der Stromversorgung zurückgesetzt wird und dass optional initial zeitbegrenzt entweder nach dem Neustart des Elektromotors (1) über den Kupplungssensor (8) der Kupplungszustand bezüglich des vollständigen Einkuppelns überwacht wird oder alternativ ein gegenläufiger Neustart des Elektromotors (1) erfolgt.
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