專利名稱：用于工具設(shè)備的控制方法和工具設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工具設(shè)備的控制方法和一種工具設(shè)備.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的用于工具設(shè)備的控制方法包括運(yùn)行模式和安全模式。在所述運(yùn)行模式中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工具夾頭圍繞工作軸線旋轉(zhuǎn)。所述馬達(dá)在運(yùn)行模式中具有處在至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)值水平上的功率消耗。當(dāng)傳感裝置測(cè)知工具夾頭旋轉(zhuǎn)卡阻時(shí)，所述安全模式被觸發(fā)。在安全模式中，設(shè)于馬達(dá)與工具夾頭之間的傳動(dòng)系中的能由電信號(hào)操控的接合器被周期性地打開和閉合，以及，馬達(dá)的功率消耗相對(duì)所述運(yùn)行參數(shù)值而言被降低。在安全模式中馬達(dá)的功率消耗相對(duì)運(yùn)行參數(shù)值而言被降低。同時(shí)，馬達(dá)重復(fù)地與工具夾頭脫聯(lián)以及重新與工具夾頭耦聯(lián)。被插入工具夾頭中的工具在安全模式中脈動(dòng)式旋轉(zhuǎn)。


下文將參照示范性的實(shí)施方式和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述。附圖中圖1為鉆錘；圖2為鉆錘的可操控的接合器的開關(guān)序列圖；圖3為鉆錘的工具夾頭上作用的扭矩的時(shí)間變化圖；圖4為流變接合器。在無其他的注釋的情況下，在附圖中采用同樣的附圖標(biāo)記對(duì)相同的或者功能相同的元件進(jìn)行標(biāo)注。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出一個(gè)鉆錘1。該鉆錘1具有一個(gè)工具夾頭2，在該工具夾頭中可以插入一鉆頭3作為工具。驅(qū)動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)5和輸出軸6的馬達(dá)4構(gòu)成了鉆錘1的主驅(qū)動(dòng)裝置。使用者可以借助手柄7握持鉆錘1和借助系統(tǒng)開關(guān)8運(yùn)行該鉆錘1。在運(yùn)行中，鉆錘1 使鉆頭3連續(xù)地圍繞工作軸線9旋轉(zhuǎn)并且同時(shí)能夠沿工作軸線9撞擊該鉆頭3使之進(jìn)入被鉆基體。沖擊機(jī)構(gòu)5例如是一個(gè)氣動(dòng)的沖擊機(jī)構(gòu)5。在該沖擊機(jī)構(gòu)5內(nèi)一個(gè)壓氣活塞 (Erreger，激勵(lì)體)10和一個(gè)沖擊錘11沿工作軸線9可活動(dòng)地被引導(dǎo)。壓氣活塞10通過一個(gè)偏心輪12或者一個(gè)擺動(dòng)銷與馬達(dá)4耦聯(lián)并被強(qiáng)制進(jìn)行周期性的直線運(yùn)動(dòng)。由在壓氣活塞10與沖擊錘11之間的氣動(dòng)室18構(gòu)成的空氣彈簧使得沖擊錘11的運(yùn)動(dòng)與壓氣活塞10 的運(yùn)動(dòng)耦聯(lián)。該沖擊錘11可以直接撞擊鉆頭3的后端部或者通過一個(gè)基本上靜止的中間沖擊錘14間接地將其動(dòng)量的一部分傳遞到鉆頭3上。工具夾頭2具有一個(gè)套筒15，鉆頭3的一端可以插入該套筒中。該套筒15中的鎖止元件防止鉆頭3脫落。該套筒15具有在內(nèi)側(cè)的、與鉆頭3形狀鎖合的、非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的輪廓，該輪廓將扭矩從所述套筒15傳遞給鉆頭3。在該套筒15中例如可以設(shè)置有徑向內(nèi)伸的銷子或者滾珠16。扭矩由馬達(dá)4提供并通過傳動(dòng)系被傳送到套筒15上。所述傳動(dòng)系包括例如輸出軸6和馬達(dá)4與該輸出軸6之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17。所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17例如能夠使馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速適配于所希望的鉆頭3轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)系中一個(gè)可電操控的、外部操縱的接合器20能夠?qū)Πl(fā)送到該接合器20的控制信號(hào)21作出反應(yīng)而中斷馬達(dá)4與套筒15之間的扭矩傳遞。通過馬達(dá)控制系統(tǒng)22可以將馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速控制在一個(gè)額定值上或者限制在一最大值上。馬達(dá)4在運(yùn)行中的功率消耗，即運(yùn)行參數(shù)值，優(yōu)選大約與馬達(dá)4的額定功率相等， 由此獲得功率與重量的最佳比率。優(yōu)選所述馬達(dá)4為電動(dòng)機(jī)，特別是機(jī)械換向的通用電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)由電池或者通過電網(wǎng)接頭23供電?；蛘咦鳛檫x擇，也可以使用例如需要供應(yīng)氣態(tài)或者液態(tài)燃料的內(nèi)燃機(jī)。一個(gè)安全裝置M例如借助加速度傳感器25檢測(cè)鉆錘1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，特別是鉆錘1 的手柄7圍繞工作軸線9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述加速度傳感器25例如與工作軸線9保持間隔地設(shè)置。鉆錘1旋轉(zhuǎn)是鉆頭3在被鉆基體內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)卡阻的典型征兆。使用者不能再對(duì)手柄7施以足夠的保持力矩以抵抗鉆錘1作用于被鉆基體上的扭矩。為了防止使用者可能受傷，例如手腕扭傷，通過一個(gè)安全模式可控地中斷所述鉆錘1的運(yùn)行。加速度傳感器25的信號(hào)被傳送給安全裝置M的分析裝置26。在分析裝置沈的存儲(chǔ)裝置27中存儲(chǔ)有一個(gè)或者多個(gè)對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)卡阻的信號(hào)的樣本。所述樣本例如可以是加速值的閾值，求積分的(aufintegrierte)加速值的極限值等等。當(dāng)所述信號(hào)與一個(gè)樣本吻合時(shí)，所述分析裝置26便觸發(fā)所述安全模式。圖2示出的是可操控的接合器20在時(shí)間上的開關(guān)操縱狀態(tài)，其中，在時(shí)間點(diǎn)tl處運(yùn)行模式四被安全模式30接替。在運(yùn)行模式四中，可操控的接合器20持續(xù)接合(狀態(tài) C)以傳遞扭矩。在安全模式30中，可操控的接合器20通過分析裝置沈的控制信號(hào)21多次周期性地脫開(狀態(tài)0)和接合。由此馬達(dá)4重復(fù)交替地與工具夾頭2及其套筒15脫聯(lián)和耦聯(lián)?？刹倏氐慕雍掀?0循環(huán)地在第一相位Tl脫開和在第二相位T2接合。循環(huán)主要由第一相位Tl和第二相位T2構(gòu)成。由于鉆錘的慣性之故，鉆錘1對(duì)分析裝置沈的開關(guān)循環(huán)的反應(yīng)有滯后。在可操控的接合器20接合時(shí)，工具夾頭2上作用的扭矩M在第二相位T2期間上升。扭矩傳遞的延遲/滯后由傳動(dòng)系中運(yùn)動(dòng)元件的慣性所致。在圖3中示意性地示出了工具夾頭2上作用的扭矩M。優(yōu)選如此選擇第二相位T2的持續(xù)時(shí)間，S卩，使得所作用的扭矩M達(dá)到馬達(dá)4瞬時(shí)能夠輸出的最大值M0。優(yōu)選接合器20的保持力矩大于馬達(dá)4的該最大值M0。不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。優(yōu)選接合器20在此負(fù)載下不開始打滑?？梢允孪冗x定第二相位T2的持續(xù)時(shí)間，例如在2毫秒至5毫秒的范圍內(nèi)。優(yōu)選一個(gè)循環(huán)周期的總持續(xù)時(shí)間T通過對(duì)第一相位Tl的選擇被控制在20毫秒至 50毫秒之間的范圍內(nèi)。因此打開與閉合的重復(fù)率是在20Hz至50Hz之間的范圍內(nèi)。由鉆錘 1通過周期性傳遞的接合器20施加給使用者的負(fù)荷能夠通過手柄7與機(jī)殼31之間的附加阻尼元件30得以抑制。在安全模式下，馬達(dá)4的供電被中斷。例如，馬達(dá)控制系統(tǒng)22可以借助一個(gè)或者多個(gè)開關(guān)元件32來中斷對(duì)馬達(dá)4的供電。馬達(dá)4從主能源處，例如在電動(dòng)機(jī)的情況下從電網(wǎng)接頭23或者電池處，得不到動(dòng)力。在先前的運(yùn)行模式中，旋轉(zhuǎn)能量被儲(chǔ)存在鉆錘1的、特別是馬達(dá)4的旋轉(zhuǎn)部件中。由于軸承的摩擦力小，所述旋轉(zhuǎn)能量在馬達(dá)4通過可操控的接合器20與工具夾頭2脫聯(lián)之時(shí)在第一相位Tl期間保持不變。在第二相位T2期間，馬達(dá)4 通過將扭矩傳遞給傳動(dòng)系，也就是說輸出軸6、工具夾頭2和鉆頭3而做功。其中，馬達(dá)4的旋轉(zhuǎn)能量伴隨每個(gè)第二相位T2在減弱。已經(jīng)得到證明，優(yōu)選使用的轉(zhuǎn)速在10，000轉(zhuǎn)/分鐘以上的電動(dòng)機(jī)足以能夠儲(chǔ)存至少10次接合過程所用的旋轉(zhuǎn)能量，并且在所述10次接合過程中所述馬達(dá)4能夠輸出其運(yùn)行模式時(shí)的額定扭矩的至少90%的峰值扭矩M0。安全裝置M在安全模式期間檢測(cè)工具設(shè)備1圍繞工作軸線9的旋轉(zhuǎn)加速度。如果在一循環(huán)期間反向于鉆頭3旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)加速度低于閾值的話，便終止安全模式。所述閾值例如為20m/s/s。所述閾值的大小視使用者可提供的保持力矩而定。鉆孔機(jī)1轉(zhuǎn)換進(jìn)入運(yùn)行模式四。馬達(dá)4被重新連接于其功率消耗的能源。馬達(dá)4典型地重新加速到其額定轉(zhuǎn)速?？刹倏氐慕雍掀?0的交替接合和脫開被終止，并且該可操控的接合器20持續(xù)接
I=I O代替第二相位T2的被固定調(diào)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間，也可以在安全模式期間動(dòng)態(tài)地確定該持續(xù)時(shí)間。扭矩傳感裝置40能夠檢測(cè)由馬達(dá)4輸出的扭矩和在工具夾頭2上作用的扭矩并進(jìn)行比較。這樣的扭矩傳感裝置40例如可以基于分別在可操控的接合器20前面的一個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量器41和后面的一個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量器42。一旦由兩個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量器41、42所測(cè)得的轉(zhuǎn)速相一致，馬達(dá)4的扭矩便被全部傳遞。分析裝置沈發(fā)出使可操控的接合器20脫開的控制信號(hào)21并由此終止這次循環(huán)中的第二相位T2。另外還可以規(guī)定一個(gè)最大值，該最大值限制了使可操控的接合器20接合的第二相位T2的持續(xù)時(shí)間。另一個(gè)實(shí)施方式具有如下的設(shè)計(jì)，即，在安全模式期間馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速受到監(jiān)控。如果轉(zhuǎn)速落在事先給定的閾值以下的話，所述馬達(dá)4在此期間就與能源供應(yīng)接通。該閾值優(yōu)選為馬達(dá)4在運(yùn)行模式時(shí)的額定轉(zhuǎn)速的20%至70%之間。另一個(gè)實(shí)施方式具有如下的設(shè)計(jì)，即，將馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速抑制(制動(dòng))到相當(dāng)于額定轉(zhuǎn)速的20%至70%之間范圍內(nèi)的一個(gè)數(shù)值，例如上述閾值。該抑制(制動(dòng))作用例如通過馬達(dá)4的發(fā)電運(yùn)行而能夠支持接合器 20中的消耗，所產(chǎn)生的電功率可以通過負(fù)載阻抗被耗散。另一實(shí)施方式設(shè)置有這樣一個(gè)可操控的接合器20，該接合器能夠在第一模式中傳遞第一扭矩以及在第二模式中傳遞第二扭矩。該第二扭矩的大小優(yōu)選為所述第一扭矩的 20%至50%之間。在安全模式下，接合器20在第一模式與第二模式之間交替轉(zhuǎn)換。該接合器20能夠在第一模式中保持第一相位Tl狀態(tài)和在第二模式中保持第二相位T2狀態(tài)。所述馬達(dá)4始終與工具夾頭2耦聯(lián)并且因此連續(xù)地耗散其旋轉(zhuǎn)能量。圖4示出的是作為范例的流變接合器50，該接合器特別適合作為可操控的接合器 20的結(jié)構(gòu)。該流變接合器50具有一個(gè)罩殼51，在該罩殼內(nèi)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線51可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置有一個(gè)優(yōu)選圓柱狀的頂端件52。罩殼51可以與第一軸53相連接，頂端件52可以與第二軸討相連接。通過密封件56，例如第二軸M上的0型環(huán)，封閉構(gòu)成了罩殼51的一個(gè)空腔陽(yáng)，頂端件52就位于其中。在空腔55中充填有流變液體。該流變液體含有磁性微粒，特別是鐵微粒，這些微粒在液體中施加的磁場(chǎng)的作用下定向排列。在此，使流變液體的粘度得到提高，并使扭矩在頂端件52與罩殼51之間實(shí)現(xiàn)傳遞。在罩殼51的旁邊或者圍繞該罩殼51設(shè)置有電磁線圈57，借助該電磁線圈能夠施加一個(gè)穿過空腔55和流變液體的磁場(chǎng)。電磁線圈57受安全裝置M的控制信號(hào)21控制。在第一相位Tl期間，有電流流過電磁線圈57。在第二相位期間則沒有電流或者有與第一相位Tl相比至少少于50%的電流流過電磁線圈57?！N可選的實(shí)施方式設(shè)計(jì)有一永久磁鐵。為了使可操控的接合器脫開，一個(gè)輔助電磁線圈產(chǎn)生一個(gè)與永久磁鐵在空腔內(nèi)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相抗衡的磁場(chǎng)。在第一相位Tl期間， 有電流流過電磁線圈，在第二相位T2期間則沒有電流流過電磁線圈。所描述的實(shí)施例是針對(duì)一種鉆錘，作為帶有旋轉(zhuǎn)工具的手持式工具設(shè)備的例子。 本發(fā)明同樣包括其他的帶有旋轉(zhuǎn)工具的手持式工具設(shè)備，該旋轉(zhuǎn)工具沿旋轉(zhuǎn)軸線鉆入工件中，例如金剛石鉆機(jī)。
權(quán)利要求
1.用于工具設(shè)備的控制方法，其包括運(yùn)行模式08)和安全模式( )，其中在所述運(yùn)行模式中，馬達(dá)(4)驅(qū)動(dòng)工具夾頭O)圍繞工作軸線(9)旋轉(zhuǎn)并且所述馬達(dá) (4)的功率消耗此時(shí)具有至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)值；以及當(dāng)安全裝置04)測(cè)知所述工具夾頭(2)旋轉(zhuǎn)卡阻時(shí)，所述安全模式被觸發(fā)，其中，在所述安全模式中，一接合器OO)的扭矩限制發(fā)生周期性變化并且馬達(dá)(4)的功率消耗相對(duì)所述運(yùn)行參數(shù)值而言被降低，所述接合器是設(shè)置在馬達(dá)(4)與工具夾頭( 之間的傳動(dòng)系中并且能由電信號(hào)操控。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于在所述安全模式中，能由電信號(hào)操控的所述接合器OO)周期性地脫開和接合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述馬達(dá)(4)在所述安全模式中與能源供應(yīng)03)斷開。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于用一傳感裝置檢測(cè)所述工具設(shè)備圍繞所述工作軸線的旋轉(zhuǎn)加速度，以及，當(dāng)該旋轉(zhuǎn)加速度低于一閾值時(shí)，終止所述安全模式和重新開始所述運(yùn)行模式。
5.工具設(shè)備，其包括用以?shī)A持工具的工具夾頭0)，馬達(dá)⑷，傳動(dòng)系(6，17)，該傳動(dòng)系將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給所述工具夾頭，能由電信號(hào)操控的接合器00)，傳感裝置(25)，該傳感裝置在所述工具夾頭( 旋轉(zhuǎn)卡阻時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，分析裝置(26)，該分析裝置對(duì)所述控制信號(hào)作出反應(yīng)而使可操控的接合器OO)的扭矩限制發(fā)生周期性的變化，馬達(dá)控制系統(tǒng)(22)，該馬達(dá)控制系統(tǒng)對(duì)所述控制信號(hào)作出反應(yīng)而降低所述馬達(dá)的功率消耗。
6.如權(quán)利要求5所述的工具設(shè)備，其特征在于所述馬達(dá)控制系統(tǒng)02)具有用于中斷所述馬達(dá)的能源供應(yīng)03)的開關(guān)元件(32)并且對(duì)所述控制信號(hào)作出反應(yīng)而中斷所述能源供應(yīng)03)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的工具設(shè)備，其特征在于所述可操控的接合器(20，50)含有流變液體。
8.如權(quán)利要求7所述的工具設(shè)備，其特征在于所述可操控的接合器(20，50)具有一頂端件(5 和在徑向方向包圍該頂端件(5 的罩殼(51)，所述流變液體潤(rùn)濕所述頂端件 (52)的徑向外側(cè)面和所述罩殼(51)的徑向內(nèi)側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工具設(shè)備的控制方法和工具設(shè)備。用于工具設(shè)備的控制方法包括運(yùn)行模式和安全模式。在所述運(yùn)行模式中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工具夾頭旋轉(zhuǎn)。所述馬達(dá)在運(yùn)行模式中具有處在至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)值水平上的功率消耗。當(dāng)傳感裝置測(cè)知工具夾頭旋轉(zhuǎn)卡阻時(shí)，所述安全模式被觸發(fā)。在安全模式中，設(shè)于馬達(dá)與工具夾頭之間的傳動(dòng)系中的能由電信號(hào)操控的接合器被周期性地打開和閉合，以及馬達(dá)的功率消耗相對(duì)所述運(yùn)行參數(shù)值而言被降低。
文檔編號(hào)B23B45/16GK102528770SQ20111032457
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者A·賓德, A·霍普, D·普羅凡塞 申請(qǐng)人:喜利得股份公司