EP3141349A1 - Handwerkzeugmaschine und steuerungsverfahren - Google Patents

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EP3141349A1
EP3141349A1 EP15184693.8A EP15184693A EP3141349A1 EP 3141349 A1 EP3141349 A1 EP 3141349A1 EP 15184693 A EP15184693 A EP 15184693A EP 3141349 A1 EP3141349 A1 EP 3141349A1
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EP
European Patent Office
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electric motor
temperature
threshold
clutch
tool
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Withdrawn
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EP15184693.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eric Mascall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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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
    • B25F5/008—Cooling means
    • 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 present invention relates to a hand tool with an electric motor and a control method for the power tool.
  • a hand tool can be used with high load for a long time.
  • the electric motor and the drive train heats so much that damage or high wear of the power tool is to be expected.
  • a protective measure is to switch off the power tool.
  • the hand tool of the invention has a tool holder for holding a tool on a working axis, an electric motor for driving the tool holder, a temperature sensor for detecting a temperature of the electric motor and a fan coupled to the electric motor.
  • An electrically controlled clutch is disposed in the drive train between the tool holder and the electric motor.
  • a motor controller is responsive to exceeding a first threshold by the measured temperature triggering an opening of the clutch.
  • the engine control is energizing the electric motor with the clutch open until the temperature falls below a second threshold.
  • the hand tool according to the invention does not switch off the electric motor after a thermal overload, but allows it to continue running. Parts or all driven components of the hand tool, e.g. the tool holder, a striking mechanism, are decoupled.
  • the electric motor can drive the fan and cool the power tool quickly.
  • the inventive control method for the power tool provides the following steps: measuring the temperature of the electric motor; Opening the shiftable clutch when the temperature exceeds a first threshold; and energizing the electric motor with the clutch open until the temperature drops below the second threshold drops.
  • the electric motor is switched without current, ie switched off when the temperature falls below the second threshold.
  • the second threshold is preferably less than the first threshold.
  • Fig. 1 shows a hammer drill 1 as an example of electric hand tool machines.
  • Other hand tool machines may be electric screwdrivers, circular saws, jigsaws, angle grinders, etc.
  • the hammer drill 1 has a tool holder 2 , in which a drill or similar tool 3 can be used and locked.
  • the tool holder 2 is coupled via a drive train 4 with an electric motor 5 .
  • the drive train 4 includes an output shaft 6 , which transmits the torque of the electric motor 5 to the tool holder 2 .
  • a transmission 7 can increase the torque.
  • the drive train 4 may further include a striking mechanism 8 , in particular a pneumatic percussion mechanism 8 , which periodically exerts impacts on the tool held in the tool holder 2 .
  • the exemplary pneumatic percussion 8 has an exciter piston 9 , which is moved back and forth by the electric motor 5 along a working axis 10 in a guide tube 11.
  • a likewise arranged in the guide tube 11 piston-shaped racket 12 is coupled by an air spring to the exciter piston 9 .
  • the air spring is formed by a closed by the excitation piston 9 and racket 12 pneumatic chamber 13 .
  • a shiftable clutch 14 is arranged in the drive train 4 .
  • the clutch 14 can be opened and closed by an electrical control signal.
  • An exemplary clutch 14 has a solenoid 15 which, when energized, maintains a driving clutch plate 16 and a driven clutch plate 17 in contact.
  • the Control signal switches the current flow on or off.
  • the switchable coupling can also be mechanically, pneumatically or hydraulically switchable.
  • a corresponding actuator can convert the electrical control signal into the mechanical, pneumatic or hydraulic action for switching the clutch 14 .
  • the shiftable clutch 14 is arranged in the drive train 4 between the output shaft 6 and the electric motor 5 .
  • the opened clutch 14 separates the tool holder 2 from the electric motor 5 , so that, in spite of the running electric motor 5, the tool holder 2 does not rotate.
  • the switchable clutch 14 may be arranged in the drive train 4 in front of the percussion mechanism 8 in order to deactivate them when the clutch 14 is open.
  • the electric motor 5 is driven by a motor controller 18 .
  • the operation of the operation button 19 by the user detects the motor controller 18 .
  • the motor controller 18 energizes the electric motor 5 in response to the operation.
  • the power supply is provided, for example, by a battery pack 20 or by a mains connection.
  • the operating button 19 is preferably switched off automatically. The user must operate the operating button 19 permanently to keep the hammer drill 1 in operation. Upon release of the operating button 19 , the operating button 19 changes to the off position.
  • the motor control 18 separates the electric motor 5 from the power supply in response to the switch-off position of the operating button 19 .
  • the operation button 19 has an internal spring that biases the operation button 19 in the off position.
  • the operation button 19 may be a simple on-off switch. Preferably, the operation button 19 detects a operation path or an operation force.
  • the operating button 19 provides a variable setpoint for the average current of the electric motor 5 .
  • the motor controller 18 controls the average current in response to the setpoint. The user can thus influence the speed of the electric motor 5 by pressing in different directions.
  • the operating button 19 has, for example, a potentiometer formed by slider tracks as a switching contact.
  • the hammer drill 1 includes a fan 21 , which cools the electric motor 5 and preferably the drive train 4 .
  • the fan 21 may be arranged on the rotor shaft of the electric motor 5 .
  • the fan 21 for example, downstream of the electric motor 5 arranged suck a stream of air 22 from the electric motor 5 and blow out of the machine housing 23 .
  • a temperature sensor 24 monitors the temperature of the electric motor 5 .
  • the temperature sensor 24 may be arranged directly on the electric motor 5 or arranged, for example, in an exhaust air flow of the hammer drill 1 .
  • the engine controller 18 monitors the measured temperature. If the temperature exceeds a threshold value, the power consumption of the electric motor 5 is limited. The motor controller 18 , for example, reduces the average current compared to the predetermined by the operating button 19 setpoint. If the temperature exceeds a critical threshold, the engine controller 18 opens the clutch 14 . The electric motor 5 is thus switched load-free. The motor controller 18 continues to energize the electric motor 5 , so that this rotates and the fan 21 drives. The average current for this cooling mode is adapted to the missing load.
  • the fan 21 preferably rotates at a constant speed, which allows a maximum cooling rate.
  • the cooling mode continues until the temperature is sufficiently lowered.
  • the temperature to be reached is preferably less than the critical threshold, for example lower by 2 ° C (degrees Celsius) to 10 ° C.
  • the engine controller 18 initially ignores the operating button 19 , although this changes to the off position. As long as the temperature is greater than the temperature to be reached, the electric motor 5 remains energized and drives the fan 21 at. The motor controller 18 turns off the electric motor 5 when the temperature falls below the temperature to be reached.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
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  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

Ein Steuerungsverfahren für die Handwerkzeugmaschine sieht die folgende Schritten vor: Messen der Temperatur des Elektromotors; Öffnen der schaltbaren Kupplung, wenn die Temperatur einen ersten Schwellwert überschreitet; und Bestromen des Elektromotors bei geöffneter Kupplung bis die Temperatur unter den zweiten Schwellwert abfällt. In einer Ausgestaltung wird der Elektromotor stromfrei geschaltet, also ausgeschaltet, wenn die Temperatur den zweiten Schwellwert unterschreitet. Der zweite Schwellwert ist vorzugsweise geringer als der erste Schwellwert.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor und ein Steuerungsverfahren für die Handwerkzeugmaschine.
  • Eine Handwerkzeugmaschine kann mit über lange Zeit mit hoher Last genutzt werden. Dabei erhitzt sich der Elektromotor und der Antriebsstrang soweit, dass eine Schädigung oder ein hoher Verschleiß der Handwerkzeugmaschine zu erwarten ist. Eine Schutzmaßnahme ist, die Handwerkzeugmaschine abzuschalten.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat einen Werkzeughalter zum Haltern eines Werkzeugs auf einer Arbeitsachse, einen Elektromotor zum Antreiben des Werkzeughalters, einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Elektromotors und ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Lüfterrad. Eine elektrisch gesteuerte Kupplung ist in dem Antriebsstrang zwischen dem Werkzeughalter und dem Elektromotor angeordnet. Eine Motorsteuerung ist ansprechend auf ein Überschreiten eines ersten Schwellwertes durch die gemessene Temperatur ein Öffnen der Kupplung auslösend. Die Motorsteuerung ist den Elektromotor bei geöffneter Kupplung bestromend, bis die Temperatur unter einen zweiten Schwellwert fällt.
  • Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine schaltet nach einer thermischen Überlast den Elektromotor nicht ab, sondern lässt diesen weiterlaufen. Teile oder alle angetriebenen Komponenten der Handwerkzeugmaschine, z.B. der Werkzeughalter, ein Schlagwerk, werden dabei abgekoppelt. Der Elektromotor kann das Lüfterrad antreiben und die Handwerkzeugmaschine rasch abkühlen.
  • Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für die Handwerkzeugmaschine sieht die folgende Schritten vor: Messen der Temperatur des Elektromotors; Öffnen der schaltbaren Kupplung, wenn die Temperatur einen ersten Schwellwert überschreitet; und Bestromen des Elektromotors bei geöffneter Kupplung bis die Temperatur unter den zweiten Schwellwert abfällt. In einer Ausgestaltung wird der Elektromotor stromfrei geschaltet, also ausgeschaltet, wenn die Temperatur den zweiten Schwellwert unterschreitet. Der zweite Schwellwert ist vorzugsweise geringer als der erste Schwellwert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1 einen Bohrhammer
  • Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
    • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Fig. 1 zeigt einen Bohrhammer 1 als Beispiel für elektrische Handwerkzeugmaschinen. Andere Handwerkzeugmaschinen können Elektroschrauber, Kreissägen, Stichsägen, Winkelschleifer etc. sein. Der Bohrhammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen ein Bohrer oder ähnliches Werkzeug 3 eingesetzt und verriegelt werden kann. Der Werkzeughalter 2 ist über einen Antriebsstrang 4 mit einem Elektromotor 5 gekoppelt. Der Antriebsstrang 4 enthält eine Abtriebswelle 6, die das Drehmoment des Elektromotors 5 auf den Werkzeughalter 2 überträgt. Ein Getriebe 7 kann das Drehmoment erhöhen.
  • Der Antriebsstrang 4 kann ferner ein Schlagwerk 8, insbesondere ein pneumatisches Schlagwerk 8, enthalten, welches periodisch Schläge auf das in dem Werkzeughalter 2 gehalterte Werkzeug ausübt. Das beispielhafte pneumatische Schlagwerk 8 hat einen Erregerkolben 9, der durch den Elektromotor 5 längs einer Arbeitsachse 10 in einem Führungsrohr 11 vor- und zurückbewegt wird. Ein ebenfalls in dem Führungsrohr 11 angeordneter kolbenförmiger Schläger 12 ist durch eine Luftfeder an den Erregerkolben 9 angekoppelt. Die Luftfeder ist durch eine von dem Erregerkolben 9 und Schläger 12 abgeschlossene pneumatische Kammer 13 gebildet.
  • Eine schaltbare Kupplung 14 ist in dem Antriebsstrang 4 angeordnet. Die Kupplung 14 kann durch ein elektrisches Steuersignal geöffnet und geschlossen werden. Eine beispielhafte Kupplung 14 hat eine Magnetspule 15, die wenn stromdurchflossen eine antreibende Kupplungsscheibe 16 und eine angetriebene Kupplungsscheibe 17 in Kontakt hält. Das Steuersignal schaltet den Stromfluss ein bzw. aus. Die schaltbare Kupplung kann auch mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch schaltbar sein. Ein entsprechender Aktor kann das elektrische Steuersignal in die mechanische, pneumatische oder hydraulische Aktion zum Schalten der Kupplung 14 umsetzen.
  • Die schaltbare Kupplung 14 ist in dem Antriebsstrang 4 zwischen der Abtriebswelle 6 und dem Elektromotor 5 angeordnet. Die geöffnete Kupplung 14 trennt den Werkzeughalter 2 von dem Elektromotor 5, so dass sich trotz laufendem Elektromotor 5 der Werkzeughalter 2 nicht dreht. Vorzugsweise kann die schaltbare Kupplung 14 in dem Antriebsstrang 4 vor dem Schlagwerk 8 angeordnet sein, um auch diese bei geöffneter Kupplung 14 zu deaktivieren.
  • Der Elektromotor 5 wird durch eine Motorsteuerung 18 angesteuert. Das Betätigen des Betriebstasters 19 durch den Anwender erfasst die Motorsteuerung 18. Die Motorsteuerung 18 bestromt ansprechend auf das Betätigen den Elektromotor 5. Die Stromversorgung ist beispielsweise durch ein Batteriepaket 20 oder durch einen Netzanschluss bereitgestellt. Der Betriebstaster 19 ist vorzugsweise selbsttätig ausschaltend. Der Anwender muss den Betriebstaster 19 dauerhaft betätigen, um den Bohrhammer 1 im Betrieb zu halten. Bei einem Lösen des Betriebstasters 19 wechselt der Betriebstaster 19 in die ausschaltende Stellung. Die Motorsteuerung 18 trennt im Regelfall ansprechend auf die ausschaltende Stellung des Betriebstasters 19 den Elektromotor 5 von der Stromversorgung. Beispielsweise hat der Betriebstaster 19 eine interne Feder, die den Betriebstaster 19 in die ausschaltende Stellung vorspannt. Der Betriebstaster 19 kann ein einfacher Ein- und Ausschalter sein. Vorzugsweise erfasst der Betriebstaster 19 einen Betätigungsweg oder eine Betätigungskraft. Der Betriebstaster 19 gibt einen variablen Sollwert für den mittleren Strom des Elektromotors 5 vor. Die Motorsteuerung 18 steuert den mittleren Strom ansprechend auf den Sollwert. Der Anwender kann somit durch unterschiedlich starkes Andrücken die Geschwindigkeit des Elektromotors 5 beeinflussen. Der Betriebstaster 19 weist beispielsweise ein durch Schleiferbahnen gebildetes Potenziometer als Schaltkontakt auf.
  • Der Bohrhammer 1 enthält ein Lüfterrad 21, welches den Elektromotor 5 und vorzugsweise den Antriebsstrang 4 kühlt. Das Lüfterrad 21 kann auf der Rotorwelle des Elektromotors 5 angeordnet sein. Das Lüfterrad 21 kann beispielsweise stromabwärts von dem Elektromotor 5 angeordnet einen Luftstrom 22 von dem Elektromotor 5 ansaugen und aus dem Maschinengehäuse 23 ausblasen.
  • Ein Temperatursensor 24 überwacht die Temperatur des Elektromotors 5. Der Temperatursensor 24 kann unmittelbar an dem Elektromotor 5 angeordnet oder beispielsweise in einem Abluftstrom des Bohrhammers 1 angeordnet sein. Die Motorsteuerung 18 überwacht die gemessene Temperatur. Überschreitet die Temperatur einen Schwellwert, wird die Leistungsaufnahme des Elektromotors 5 begrenzt. Die Motorsteuerung 18 verringert beispielsweise den mittleren Strom gegenüber dem durch den Betriebstaster 19 vorgegebenen Sollwert. Überschreitet die Temperatur einen kritischen Schwellwert, öffnet die Motorsteuerung 18 die Kupplung 14. Der Elektromotor 5 wird somit lastfrei geschaltet. Die Motorsteuerung 18 bestromt weiterhin den Elektromotor 5, damit sich dieser dreht und das Lüfterrad 21 antreibt. Der mittlere Strom für diesen Kühlmodus ist an die fehlende Last angepasst. Das Lüfterrad 21 dreht sich vorzugsweise mit einer konstanten Drehzahl, welche eine maximale Kühlrate ermöglicht. Der Kühlmodus wird fortgesetzt bis die Temperatur ausreichend abgesenkt ist. Die zu erreichende Temperatur ist vorzugsweise geringer als der kritische Schwellwert, beispielsweise um 2°C (Grad Celsius) bis 10°C geringer.
  • Der Anwender nimmt das Abkoppeln des Antriebsstrangs 4 wahr und wird typischerweise den Betriebstaster 19 lösen. Die Motorsteuerung 18 ignoriert zunächst den Betriebstaster 19, obwohl dieser in die ausschaltende Stellung wechselt. Solange die Temperatur größer als die zu erreichende Temperatur ist, bleibt der Elektromotor 5 bestromt und treibt das Lüfterrad 21 an. Die Motorsteuerung 18 schaltet den Elektromotor 5 aus, wenn die Temperatur die zu erreichende Temperatur unterschreitet.

Claims (6)

  1. Handwerkzeugmaschine mit
    einem Werkzeughalter zum Haltern eines Werkzeugs auf einer Arbeitsachse (10), einem Elektromotor (5) zum Antreiben des Werkzeughalters
    einer elektrisch gesteuerten Kupplung (14) in dem Antriebsstrang (4) zwischen dem Werkzeughalter (2) und dem Elektromotor (5),
    einem Temperatursensor (24) zum Erfassen einer Temperatur des Elektromotors (5), einem mit dem Elektromotor (5) gekoppeltes Lüfterrad (21),
    einer Motorsteuerung (18), die ansprechend auf ein Überschreiten eines ersten Schwellwertes durch die gemessene Temperatur ein Öffnen der Kupplung (14) auslösend ist und den Elektromotor (5) bei geöffneter Kupplung (14) bestromend ist, bis die Temperatur unter einen zweiten Schwellwert fällt.
  2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebstaster (19) zum Einschalten des Elektromotors (5) selbsttätig ausschaltend ist und die Motorsteuerung (18) bei Überschreiten des ersten Schwellwerts durch die Temperatur trotz ausschaltender Stellung des Betriebstasters (19) den Elektromotor (5) bestromend ist.
  3. Steuerungsverfahren für eine Handwerkzeugmaschine (1), die einen Werkzeughalter (2) zum Haltern eines Werkzeugs, einen den Werkzeughalter (2) antreibenden Elektromotor (5), eine in den Antriebsstrang (4) zwischen den Werkzeughalter (2) und Elektromotor (5) angeordnete schaltbare Kupplung (14), ein von dem Elektromotor (5) angetriebenes Lüfterrad (21) und einen Temperatursensor (24) zum Erfassen einer Temperatur des Elektromotors (5) aufweist, mit den Schritten:
    Messen der Temperatur des Elektromotors (5);
    Öffnen der schaltbaren Kupplung (14), wenn die Temperatur einen ersten Schwellwert überschreitet; und
    Bestromen des Elektromotors (5) bei geöffneter Kupplung (14) bis die Temperatur unter den zweiten Schwellwert abfällt.
  4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Temperatur den zweiten Schwellwert unterschreitet, der Elektromotor (5) stromfrei geschalten wird.
  5. Steuerungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Schritte:
    Erfassen eines Lösens des Betriebstasters (19) durch den Anwender;
    ansprechend auf das Lösen den Elektromotor (5) stromfrei schalten, wenn die Temperatur geringer als der erste Schwellwert ist, anderfalls die Schritte nach Anspruch 3 ausführen.
  6. Steuerungsverfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert zwischen 2°C und 10°C geringer als der erste Schwellwert ist.
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