SE521416C2 - Verktyg med en i rotation försättbar verktygshållare - Google Patents

Description

25 30 521 416 7 taktgivning mellan mekaniska kontakter. Genom den beröringsfria detektionen av kopplingshalvans rotationsrörelse möjliggöres dessutom helt slitagefri avkänning av relativrörelsen. Därigenom säkerställes även under långa driftstider säker, underhållsfri frånkopplingsmöjlighet av drivmotom vid överskridande av ett förutbestämbart vrid- moment.

Vid en föredragen utföringsforrn av uppfinningen hör till kopplingshalvan en i huset fast sensor, vilken avkänner en till följd av en rotationsrörelse hos kopplingshalvan genererad eller föränderlig fysikalisk storhet, varvid via sensorn kan genereras en sig- nal för frånkoppling av drivmotom. På ett mycket fördelaktigt sätt kan härigenom me- delst enkla, enligt i sig kända principer arbetande och i serietillverkning kostnads- mässigt fördelaktigt tillverkbara sensorer avkännas en rotationsrörelse resp. avbrott av rotationsrörelsen hos kopplingshalvan, varvid styrsignalen för frånkoppling samtidigt kan ställas till förfogande via sensorelementet. Härvid kan såväl aktiva som passiva sensorer utnyttjas.

Vid användning av aktiva sensorer kan på ett mycket fördelaktigt sätt tillhandahållande av matarspänning för sensom undvikas, så att som helhet en mycket enkel och kost- nadsmässigt gynnsam lösning är möjlig för avkänning av kopplingshalvans varvtal.

Företrädesvis kan som aktiva sensorer utnyttjas med piezoelektrisk effekt eller elekt- romagnetisk induktion arbetande sensorer.

Utnyttjande av passiva sensorer är vidare att föredraga, vilka visserligen kräver tillhan- dahållande av en matarspänning, men vilka mycket tillförlitligt och med hög nog- grannhet möjliggör detektion av sig ändrande fysikaliska storheter, som uppträder till följd av relativrotation hos kopplingshalvan. F öreträdesvis kan som passiva sensorer utnyttjas kapacitiva, resistiva, induktiva, galvanomagnetiska eller optiska sensorer.

Vid en annan föredragen utföringsform av uppfinningen bildas en sensorema påver- kande signalgivare av själva kopplingshalvan. Härvid kan, eventuellt med en ringa 10 15 20 25 521 416 3 modiñkation av kopplingshalvan, denna så att säga själv signalera sin rotationsrörelse utan att ytterligare signal givare behöver anordnas.

Ytterligare föredragna utföringsformer av uppfinningen framgår av de övriga, i de osjälvständiga patentkraven angivna egenskapema. Exempelvis kan växeln företrädes- vis vara utformad som planetväxel, varvid kopplingshalvan bildas av ett kugghjul med inre kuggning hos planetväxeln.

Ritningar.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrivs nedan närmare under hänvisning till åtföl- jande ritningar. Pâ dessa visar fig. 1 ett snitt genom ett delområde av ett elektriskt handverktyg och fi g. 2 - 4 olika utföringsformer av den beröringsfria avkänningen av en rörelse hos ett kugghjul med inre kuggning i en planetväxel.

Beskrivning av utföringsexemplen.

I fig. 1 visas ett snitt genom ett delområde av ett som helhet ej visat verktyg, särskilt en ackumulatorskruvdragare. Verktyget uppvisar en planetväxel 10, som är anordnad i ett växelhus 12, vilket utgör beståndsdel av ett helt verktygshus. l planetväxeln 10 ingriper en drivaxel 14 hos en drivmotor, i regel en elektromotor. Ett på drivaxeln 14 anordnat drev 16 står i kuggingrepp med planethjul 18 hos ett första planetsteg 20. Planethjulen 18 är anordnade på en bärare 22, som uppvisar ett drev, vilket står i kuggingrepp med planethjul 26 hos ett andra planetsteg 28. På analogt sätt finns ett tredje planetsteg 30.

En bärare 32 hos det tredje planetsteget 30 är kopplad med en verktygshållare 34. Det tredje planetsteget 30 är omgripet av ett kugghjul 36 med inre kuggning, vilket via kopplingselement 38 står i förbindelse med en ej visad koppling. Kopplingen är utformad som så kallad slirkoppling, vilken medelst ett inställbart tjäderelement kan belastas med en 'varierbar förspänningskratt. Via denna inställbara slirkoppling kan ett vridmoment inställas, som påverkar verktygshållaren 34 och leder till utlösning av 10 15 20 25 30 slirkopplingen. Härigenom uppstår en relativrörelse mellan kugghjulet 36 och växelhuset 12 kring en längdaxel 40.

Uppbyggnaden och funktionen hos planetväxeln 10 samt samverkan med den ej visade kopplingen för inställning av ett vridmoment är allmänt kända, varför någon närmare förklaring ej ges inom ramen för föreliggande beskrivning.Vidare hänvisas till att vid andra utföringsexempel kan andra typer av växlar utnyttjas, varvid på analogt sätt en kopplingshalva hos slirkopplingen hör till växlarna. I beskrivningen används därför begreppen kopplingshalva och kugghjul med inre kuggning synonymt.

Till kugghjulet 36 hör ett här endast schematiskt antytt sensorelement 44, vilket exem- pelvis kan anordnas i en urtagning 46 i växelhuset 12. Till sensorelementet 44 hör en här likaledes endast antydd elektronik 48, medelst vilken en styrsignal kan ställas till förfogande för frånkoppling av verktygets drivmotor. Via sensorelementet 44 detekte- ras en relativrotation hos kugghjulet 36, vilken sker till följd av reaktion hos slirkopp- lingen. Detektionen av denna relativrörelse sker härvid beröringsfritt. För påverkan av sensorelementet 44 kan åtminstone en signal givare 52 vara anordnad på kugghjulets 36 yttre omkrets 50. För att kunna detektera redan den minsta relativrörelse hos kugghjulet 36 är längs hela dettas yttre omkrets 50 anordnade ett flertal signalgivare 52 med inbördes mellanrum.

Den allmänna funktionen är att via signalgivaren resp. signalgivarna 52 ges sensorele- mentet 44 en signal om kugghjulets 36 relativrörelse. Denna signalering sker beröringsfritt, dvs. att mellan kugghjulet 36 resp. dess signalgivare 52 och sensorelementet 44 föreligger ingen direkt beröringskontakt. Härigenom möjliggöres fullständigt slitagefri, från varandra mekaniskt kontakterande element helt fri detektion av en relativrörelse.

Nedan beskrivs ett flertal konkreta utföríngsexempel, medelst vilka principen av berö- ringsfri detektion av relativrörelsen av kugghjulet 36 kan realiseras. Härvid skall utfö- 10 15 20 25 521 416 Effici- 5 ringsexemplen uppfattas endast som idéer och ej såsom varande fullständiga. Givetvis är även andra, eventuellt ej nämnda möjligheter för beröringsfri detektion av kugghjulets 36 relativrörelse tänkbara.

Exempel 1.

Si gnalgivaren resp. signalgivama 52 bildas av på kugghjulet 36 vridfast anordnade per- manentmagneter, i vilkas rörelseområde ligger ett som Hall-sensor utformat sensorele- ment 44. Som känt alstras i en elektrisk ledare, vilken befinner sig i ett homogent mag- netfält och i vilken en elektrisk ström flyter vinkelrätt mot magnetfaltet, en spännings- skillnad vinkelrätt mot magnetfåltet och mot den flytande strömmen. Denna spännings- skillnad kan avkännas via elektroniken 48 och utnyttjas för frånkoppling av drivmo- tom. För aktivering av Hall-sensom kan arrangemanget vara sådant, att i kugghjulets 36 viloläge är ingen permanentmagnet 52 anordnad just mittemot Hall-sensom 44. Vid en relativrörelse mellan kugghjulet 36 och huset 12 och därmed det i huset fasta sen- sorelementet 44 når permanentmagneten 52 in i Hall-sensoms 44 avkänningsområde, så att spänningsskillnaden alstras. Altemativt kan i kugghjulets 36 viloläge en penna- nentmagnet 52 vara anordnad just i Hall-sensoms 44 avkärmingsfält, så att signal- spänningen föreligger. Vid relativrörelse hos kugghjulet 36 hamnar perrnanentmagneten 52 utanför Hall-sensoms 44 avkänningsfalt så att signalspänningen försvinner och därigenom också en utvärderbar styrsignal erhålles.

Sensorelementet 44 kan ocksâ vara utformat som induktionsspole. En ändring av per- manentmagnetens 52 läge i förhållande till induktionsspolen inducerar en spänning, som kan uttagas som signal. Vid viloläge hos kugghjulet 36 föreligger ingen relativrö- relse mellan perrnanentmagneten 52 och induktionsspolen, varför ingen signal före- ligger. induktionsspolen bildar en aktiv sensor, som ej kräver någon egen strömför- sörjning.

Exempel 2. 10 15 20 25 30 416 521 - 6 I fig. 2 visas kugghjulet 36 schematiskt i en radiell och en axiell vy. Kugghjulet 36 bär härvid på sin yttre omkrets 50 som signalgivare 52 en bländarskiva av ferromagnetiskt material, vilken längs sin omkrets 50 uppvisar skivelement 56 omväxlande med luckor 54. I området for bländarskivan är sensorelementet 44 anordnat på dennas ena sida under det att en permanentmagnet 58 är anordnad på motsatta sidan. Sensorelementet 44 är utformat som Hall-sensor. Härigenom föreligger också här möjligheten, såsom beskrivits redan i exempel l, att via en Hallspänning fastställa en relativrörelse hos kugghjulet 36. I beroende av om de mittemot varandra liggande permanentmagneten 58 och Hall-sensom 44 är åtskilda av ett skivelement 56 resp. icke åtskilda till följd av en lucka 54 kan man via den härigenom variabla Hallspänningen konstatera relativrörelse hos kugghjulet 36.

Exempel 3.

Istället for Hall-sensor som sensorelement 44 enligt exemplen l och 2 utnyttjas en magnetoresistiv sensor, vilken ändrar sitt motstånd i beroende av ett rådande magnet- fält. Denna magnetoresistiva sensor kan exempelvis ingå i en motståndsmätbrygga (Wheatstonebrygga).

Exempel 4.

I fig. 3 visas återigen schematiskt kugghjulet 36 i en radiell och en axiell vy. Längs kugghjulets 36 yttre omkrets 50 är reflektionsytor 60 anbragta. Reflektionsytoma 60 är härvid anordnade med luckor, dvs. att mellan två varandra närliggande reflektionsytor 60 finns alltid en lucka. Signalgivaren 52 är utformad som källa 64 for elektromag- netisk strålning, vars ljus under en vinkel träffar kugghjulets 36 yttre omkrets 50 inom området for de därpå anbragta reflektionsytoma 60. Sensorelementet 44 bildas av en sänka 66 for elektromagnetisk strålning, vilken är anordnad i samma vinkel mot reflek- tionsytoma 60 som källan 64. Härvid kan inriktningen antingen vara axiell såsom visas i den 'vänstra vyn i tig. 3 eller radiell såsom 'visas i den högra vyn i ti g. 3. Källan 64 kan exempelvis vara en lysdiod under det att sänkan 66 exempelvis är en fototransistor eller ett fotoresistivt motstånd. 10 15 20 25 30 521 416 7 Genom ett sådant arrangemang är det möjligt att genom påverkan av reflektionen av det av källan 64 utstrålade ljuset fastställa relativrotation hos kugghjulet 36. Om genom kugghjulets 36 relativrotation en reflektionsyta 60 hamnari utbredningsvägen för ljuset från källan 64 reflekteras detta med infallsvinkeln och uppfångas av sänkan 66. Denna genererar till följd av det uppfångade ljuset en styrsignal, exempelvis genom en sig i beroende av ljuset ändrande resistans eller genom en kopplingsspänning hos en fototransistor.

Istället för de på kugghjulet 36 anordnade reflektionsytoma 60 kan, motsvarande det i fig. 2 visade arrangemanget, kugghjulet 36 bära en bländarskiva av opakt material, på motsatta sidor om vilken källan 64 och sänkan 66 är anordnade. Därigenom kan även här en relativrörelse hos kugghjulet 36 detekteras i beroende av bländarskivans ställning.

Exempel 5.

I fig. 4 visas åter kugghjulet 36 schematiskt i en radiell och en axiell vy. Längs kugghjulets 36 yttre omkrets 50 är reluktanskroppar 68 anordnade som signalgivare 52.

Reluktanskropparna 68 är likt en yttre kuggkrans fördelade längs kugghjulets 36 omkrets. Reluktanskroppama 68 består av ett mjukmagnetiskt, ferromagnetiskt material. Reluktanskroppamas 68 ändytor 70 sträcker sig företrädesvis längs en koaxiell omkretslinje kring längdaxeln 40 (fig. 1).

Till reluktanskroppama 68 hör som sensorelement 44 en induktionsspole 72. Denna kan vara utformad antingen som stavspole, såsom visas i de övre vyema i fig. 4, eller som U-formig spole, vilket visas i de nedre vyema i fig. 4. Fig. 4 visar alltså två olika utföringsexempel. Enligt ytterligare utföringsexempel är även induktionsspolar 72 med fler än två mot reluktanskropparna 68 värida äridytor iriöjliga, exempelvis E-formade induktionsspolar 72. lnduktionsspolama 72 har en spolkärna 74, som bär en lindning 76. Den kända principen för induktionsspolar 72 är att vid ett i spolkärnan 74 sig änd- 10 15 20 25 521416 ~ s rande magnetflöde induceras en spänning i spolen 76. Ett magnetfält i spolkärnan 74 kan exempelvis åstadkommas genom att spolkärnan 74 i sig själv består av perrna- nentmagnetiskt material eller att magnetfältet alstras av själva spolen 76 eller en ytter- ligare på spolkäman 74 anordnad spole. Oberoende av dessa olika utföringsvarianter inställer sig ett stabilt tillstånd i utgångsläget.

En mot reluktanskropparnas 68 ändytor 70 vänd ändyta resp. flera ändytor hos spol- käman 74 är anpassade till ändytomas 70 form, dvs. att de företrädesvis också sträcker sig längs en linje koaxiell med längdaxeln 40.

I kugghjulets 36 utgångsläge ligger antingen just en reluktanskropp 68 eller en mellan två reluktanskroppar 68 belägen lucka intill spolkäman 74. Ett radiellt avstånd mellan reluktanskropparna 68 och spolkärnan 74 är reducerat till ett nödvändigt minimum.

Genom relativrörelse hos kugghjulet 36 hamnar således antingen en reluktanskropp 68 ur resp. i spolkämans 74 område. Härigenom påverkas det magnetiska fältet i spolkärnan 74, dvs. förändras. En härigenom alstrad induktion av en spänning i spolen 76 kan utvärderas medelst elektroniken 48 och utnyttjas för att tillhandahålla en frånkopplingssignal för elektromotorn.

Ytterligare exempel.

Förutom de nämnda exemplen år detektion av en relativrörelse hos kugghjulet 36 möjlig medelst ett piezoelektriskt sensorelement 44. Detta avger såsom känt under inverkan av en yttre krafi en elektrisk spänning, som kan utnyttjas för utvärdering i elektroniken 48. Som yttre krafi kan exempelvis utnyttjas en genom en relativrörelse hos kugghjulet 36 åstadkommen accelerations-, tryck-, vibrations- och/eller ljudtrycksignal. Således möjliggöres även här beröringsfri detektion av relativrörelse hos kugghjulet 36. 10 15 20 25 521 416 9 Enligt ytterligare utforingsexempel kan medelst den av kugghjulets 36 relativrörelse i sig själv åstadkomna ändringen av fysikaliska storheter, exempelvis accelerations-, tryck-, vibrations- och/eller ljudtrycksignaler, en statisk ändring av en induktans åstadkommas. Härigenom erhålles likaledes utvärderingsbara signaler, vilka via elektroniken 48 utlöser en motsvarande frånkoppling av verktygets 10 drivmotor.

Slutligen skall som ytterligare utfóringsexempel nämnas utnyttjande av en så kallad reed-strömställare som sensorelement 44. Härvid bringas genom en relativrörelse hos kugghjulet 36 ett magnetfält, exempelvis från en på kugghjulet 36 anordnad permanentmagnet, in i reed-strömställarens verkningsområde, varvid dennas mjukmagnetiska kontakttungor sluter eller öppnar så att en elektrisk signal även häri genom erhålles.

Sammanfattningsvis gäller for alla nämnda utfóringsexempel att de på kugghjulet 36 anordnade si gnalgivarna 52 antingen kan vara utformade i ett stycke med kugghjulet 36 eller vara separat tillfogade på den yttre omkretsen 50. Om signalgivama 52 exempelvis är perrnanentmagneter kan de exempelvis vara påpressade, pålimmade eller forrnbundet anbragta. Längs kugghjulets 36 omkrets kan exempelvis en flerpolig ringmagnet vara anordnad. Alternativt kan på en omagnetisk hållare, exempelvis en tunn plastfolie, ett flertal separata magnetpoler vara anbragta, så att det vid anläggning av hållaren mot kugghjulet 36 i praktiken erhålles ett till en ringmagnet format magnetband.

Reflektionsytan 60 kan exempelvis åstadkommas genom omväxlande anordning av absorberande och reflekterande eller olika reflekterande avsnitt eller utformning av en ytrelief. Exempelvis kan reflektionsytoma 60 alstras på enkelt sätt genom påläggning av lämplig färgsättning på kugghjulets 36 yttre omkrets 50.

Claims (17)

10 15 20 25 30 416 10 5 2 1 Patentkrav

1. l.Verktyg med en i rotation fórsättbar verktygshållare, som via en växel är drivbar medelst en drivmotor, varvid en kopplingshalva (36) hos växeln samverkar med en koppling, som reagerar vid uppnående av ett inställbart vridmoment, och ett kopplingsorgan, som vid en genom reaktion hos kopplingen utlöst eller avbruten rotation hos kopplingshalvan (36) relativt ett växelhus frånkopplar drivmotom, kännetecknat av att en detektion av kopplingshalvans (36) relativa rotationsrörelse sker beröringsfritt.

2. Verktyg enligt krav 1, kännetecknat av att till kopplingshalvan (36) hör ett i huset fast sensorelement (44), vilket avkänner en till följd av en rotationsrörelse resp. frånvaro av rotationsrörelse hos kopplingshalvan (36) genererad eller förändrad fysikalisk storhet, varvid via sensorelementet (44) en signal är avgivbar för frånkoppling av drivmotom.

3. Verktyg enligt krav 2, kännetecknat av att sensorelementet (44) är en aktiv sensor.

4. Verktyg enligt krav 2, kännetecknat av att sensorelementet (44) är en passiv SCIISOI.

5. Verktyg enligt något av kraven 2-4, kännetecknat av att till sensorelementet (44) hör en signalgivare (52).

6. Verktyg enligt krav 5, kännetecknat av att signalgivaren (52) är vridfast förbunden med kopplingshalvan (36). I

7. “Jerkfivg enligt krav' 5 eller 6, kännetecknat av att signalgivaren (52) oildas av själva kopplingshalvan (36). 10 15 20 25 521 416 ll

8. Verktyg enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att signalgivaren (52) är en permanentmagnet och att sensorelementet (44) är en induktionsspole.

9. Verktyg enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att signalgivaren (52) är en permanentmagnet och att sensorelementet (44) är en Hall-sensor.

10. Verktyg enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att signalgivaren (52) är en permanentmagnet och att sensorelementet (44) är en magnetoresistiv sensor.

11. 1 1. Verktyg enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att sensorelementet (44) omfattar en källa (64) och en sänka (66) for elektromagnetiska strålar, och att för utformning av signalgivaren (52) kopplingshalvan (36) för isärkoppling av källan (64) och sänkan (66) uppvisar på en omkretslinje anordnade reflektionsytor (60), absorptionsytor, en ytrelief eller en bländarskiva av för den elektromagnetiska strålningen ogenomträngligt material.

12. Verktyg enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att signalgivaren (52) är åtminstone en reluktanskropp (68) och att sensorelementet (44) är en induktionsspole (72).

13. Verktyg enligt något av kraven 2, 3, 5-7, kännetecknat av att sensorelementet (44) är ett piezoelektriskt element.

14. l4. Verktyg enligt något av kraven 2, 4-7, kännetecknat av att sensorešenientet (44) är ett kapacitivt element.

15. Verktyg enligt något av kraven 2-8, kännetecknat av att sensorelementet (44) är induktivt element. 521 416 12

16. Verktyg enligt något av kraven 2, 3, 5-7, kännetecknat av att sensorelementet (44) är en reed-strömställare.

17.Verktyg enligt något av de föregående kraven, kännetecknat' av att verktyget är 5 en ackumulatorskruvdragare.