專利名稱：用于在卡死狀況下關(guān)斷電動工具機(jī)的方法及電動工具機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1及10前序部分的用于在卡死狀況下關(guān)斷電動工具機(jī)的方法以及一種電動工具機(jī)。
背景技術(shù)：
具有數(shù)控裝置的電動工具機(jī)已是公知的。在電網(wǎng)供電的電動工具機(jī)的情況下驅(qū)動電動機(jī)的電壓改變例如通過相位控制來實現(xiàn)，而在蓄電池或電池供電的電動工具機(jī)的情況下通常使用脈寬調(diào)制來實現(xiàn)。這在不同的應(yīng)用目的時易于引起刀具被卡在工件中，它將導(dǎo)致電動工具機(jī)的轉(zhuǎn)動運動或反沖運動(“Kick-Back”)及由此可導(dǎo)致電動工具機(jī)失去控制。已經(jīng)公知了不同的系統(tǒng)及方法，借助它們可在刀具卡死時防止電動工具機(jī)的這種轉(zhuǎn)動-和/或反沖運動。例如公知了防轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及方法，其中驅(qū)動電動機(jī)或刀具的轉(zhuǎn)速變化被作為時間的函數(shù)來分析處理。
由US 4,267,914公開了一種電動工具機(jī)，其中當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一個可預(yù)給定的固定或可變閾值以下時，它被識別為卡死狀況，驅(qū)動電動機(jī)被關(guān)斷和/或一個制動被激活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出，在根據(jù)一個可變的閾值來關(guān)斷電動工具機(jī)的電動機(jī)的方法中，在至少一個預(yù)給定的時間間隔中根據(jù)一個當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速及一個空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來確定閾值。該閾值可作為轉(zhuǎn)速信號、作為一個轉(zhuǎn)速的時間導(dǎo)數(shù)和/或作為與轉(zhuǎn)速相關(guān)的表格值被確定。根據(jù)一個可變地求得的閾值來關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)，可自動地對其瞬時負(fù)載狀況或工作狀況進(jìn)行適配。特別有利地，本發(fā)明可在具有數(shù)字控制的電動工具機(jī)上實現(xiàn)，其中該方法可通過一個存儲在一個存儲媒介中的算法來實施。在具有附加的轉(zhuǎn)速預(yù)選擇的電動工具機(jī)上不需要一個相應(yīng)控制單元的相應(yīng)算法的改變。這里還可有利地對電動工具機(jī)的其它運行參數(shù)一起進(jìn)行考慮，例如對傳動比、變換比、電動工具機(jī)的質(zhì)量比和/或其它的影響加工過程的、最好與工具機(jī)相關(guān)的量進(jìn)行考慮。
優(yōu)選地，在至少一個預(yù)給定的時間間隔中根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速與空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的一個轉(zhuǎn)速比來確定閾值。如果檢測出一個當(dāng)前轉(zhuǎn)速信號達(dá)到或超過該閾值，則被識別為卡死狀況并立即使驅(qū)動電動機(jī)斷電。由此可避免電動工具機(jī)不可控的運動及與此相關(guān)的危險。也可選擇地檢測當(dāng)前的轉(zhuǎn)速變化信號及檢驗在轉(zhuǎn)速的變化方面是否達(dá)到或超過一個閾值。在轉(zhuǎn)速信號的情況下，閾值的被超過意味著在兩個相繼的時間間隔中當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速的差值大于閾值，而在轉(zhuǎn)速變化的情況下意味著當(dāng)前的轉(zhuǎn)速變化大于相應(yīng)的閾值，即該變化比允許的更陡。
最好閾值作為轉(zhuǎn)速比與一個初始值的乘積構(gòu)成。該初始值可為一個預(yù)給定的起動值或最好為在前一時間間隔中被確定出的那個閾值。該初始值可為一個轉(zhuǎn)速或一個轉(zhuǎn)速變化、尤其是轉(zhuǎn)速的下降。在電網(wǎng)供電的電動工具機(jī)的情況下，一個有利的時間間隔例如為電網(wǎng)頻率的一個半波。在不依賴電網(wǎng)運行的電動工具機(jī)上，一個時間間隔例如可通過一個石英振蕩電路或RC(阻容)振蕩電路被人為地產(chǎn)生。
變換地，閾值被作為以空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速歸一的一個轉(zhuǎn)速的時間變化構(gòu)成。在此情況下，將整個系統(tǒng)的當(dāng)前負(fù)載轉(zhuǎn)速的一個以空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速歸一的時間導(dǎo)數(shù)與一個閾值相比較?？蓪㈩A(yù)給定的或預(yù)選擇的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以及電動工具機(jī)的其它運行參數(shù)、如傳動比、質(zhì)量比等作為給定值進(jìn)入所述閾值。由此可確定出轉(zhuǎn)速信號的一個理論上允許的時間變化，當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號的變化將與它相比較。在此情況下還提出對閾值確定或給定值的影響量進(jìn)行考慮，這些影響量來源于個別的操作者，例如他的操作力或是否敏感或穩(wěn)固地工作。
變換地，為了電動工具機(jī)的驅(qū)動電動機(jī)在刀具卡死狀況下的關(guān)斷，將當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速與一個表格中的數(shù)值區(qū)間相比較及配置一個新的閾值。該表格最好包含與空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及負(fù)載轉(zhuǎn)速相關(guān)的轉(zhuǎn)速閾值。確切的參數(shù)與當(dāng)時的電動工具機(jī)相關(guān)及合乎目的地由經(jīng)驗求得。最好在低的負(fù)載轉(zhuǎn)速時根據(jù)一個可選擇的系數(shù)來減小閾值。然后例如可考慮操作者的操作力或舒適性要求。該系數(shù)可通過一個選擇開關(guān)預(yù)先給定。在此情況下該閾值例如可超比例或欠比例地降低。對此變換地，可在一個相應(yīng)的控制單元中設(shè)置一個學(xué)習(xí)算法。
合乎目的地，閾值尤其在相乘后總是被歸整成整數(shù)。此外有利的是，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)度和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)進(jìn)入到閾值的確定中去。
卡死狀況可用簡單的方式來確定，其方式是，在兩個彼此相繼的第一及第二時間間隔中對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)、從第一時間間隔的脈沖數(shù)減去第二時間間隔的脈沖數(shù)及當(dāng)差值大于閾值時關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)。
為了舒適地適配當(dāng)前的負(fù)載狀況，有利的是閾值被用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)和/或電動工具機(jī)的運行參數(shù)來加權(quán)。
此外還提出一種帶有一個由驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動的刀具的電動工具機(jī)，該電動工具機(jī)包括一些裝置例如檢測單元和/或計算單元，以便確定至少一個與至少兩個變量相關(guān)的閾值。有利地，所述裝置包括一個微控制器，后者與一個轉(zhuǎn)速檢測單元及一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相連接，其中閾值可變地可由轉(zhuǎn)速檢測單元的一個轉(zhuǎn)速信號和/或一個轉(zhuǎn)速變化信號以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差和/或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)度和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)來確定。因此能以可靠的方式來考慮及電動工具機(jī)當(dāng)前的負(fù)載狀況及工作狀況。合乎目的的是，所述裝置包括一個影響轉(zhuǎn)速的電子單元，它用于控制電動機(jī)電壓和/或電動機(jī)電流。
本發(fā)明可有利地用于具有數(shù)字控制的電動工具機(jī)及尤其適合于具有可能被卡住的刀具的電動工具機(jī)，例如那些具有可被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動的刀具的電動工具機(jī)，如有或無沖擊的鉆機(jī)、鋸等。


以下將借助附圖通過一個實施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖表示圖1一個電動工具機(jī)的用于檢測卡死狀況的電路的示意圖；圖2a，b一個作為時間的函數(shù)的電壓曲線(a)及測速發(fā)電機(jī)的作為時間的函數(shù)的相應(yīng)脈沖(b)；圖3作為時間函數(shù)的轉(zhuǎn)速變化曲線；圖4根據(jù)一個優(yōu)選方法用于確定卡死狀況的流程框圖；及圖5根據(jù)一個優(yōu)選方法用于變換地確定卡死狀況的流程框圖。
具體實施例方式
圖1示意性示出一個電動工具機(jī)的用于檢測卡死狀況的一個電路10。該電路包括用于檢測和/或計算一個與至少兩個變量相關(guān)的閾值E1的裝置，該閾值用作檢測卡死狀況及關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)12的判據(jù)。
在驅(qū)動電動機(jī)12上的有效電壓U將通過一個大功率半導(dǎo)體器件14、例如一個三端雙向可控硅開關(guān)、閘流晶體管或尤其不依賴電網(wǎng)供電的電動工具機(jī)中通過場效應(yīng)晶體管來調(diào)節(jié)，該驅(qū)動電動機(jī)又通過一個微控制器單元16來控制。微控制器單元16通過一個轉(zhuǎn)速檢測單元18、例如一個構(gòu)造成測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器或一個轉(zhuǎn)速檢測電路得到一個轉(zhuǎn)速信號，其方式是通過一個相應(yīng)的傳感器例如一個磁輪來檢測驅(qū)動電動機(jī)12的電機(jī)軸或一個適當(dāng)部件的角速度。如果識別出電動工具機(jī)的刀具的一個卡死狀況，則在驅(qū)動電動機(jī)12的電流回路中的開關(guān)24被打開及驅(qū)動電動機(jī)12被轉(zhuǎn)換到無電流狀態(tài)。為了識別刀具的卡死，將在一個適當(dāng)?shù)臅r間間隔中分析處理轉(zhuǎn)速信號n1。
圖2a，b舉例性表示轉(zhuǎn)速從一個在時間間隔T1中的脈沖J1的數(shù)目減小到一個在時間間隔T2中的脈沖J2的數(shù)目的情況下的轉(zhuǎn)速信號。時間間隔T1、T2分別相應(yīng)于電網(wǎng)頻率的一個半波。在一個最好以微控制器單元16實施的控制單元中由脈沖J1的數(shù)目中減去脈沖J2的數(shù)目。如果得到一個差值，該差值大于一個在先計算出的閾值E1，則微控制器單元16通過大功率半導(dǎo)體器件14關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)12。在檢測到卡死狀況后，電動工具機(jī)被立即斷電。
圖3表示在一個電動工具機(jī)的刀具卡死的情況下作為時間函數(shù)的轉(zhuǎn)速變化曲線的一個典型例子。轉(zhuǎn)速非線性地減小，及作為時間函數(shù)的轉(zhuǎn)速減小在轉(zhuǎn)速的不同起始值時分別不同的。結(jié)合實踐地，這意味著一個可變的閾值E1將根據(jù)電動工具機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1與一個預(yù)選擇的或固定地預(yù)給定的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n0的比例自動地考慮該非線性的轉(zhuǎn)速下降，其中根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例將根據(jù)轉(zhuǎn)速比n1/n0來確定閾值E1。
圖4表示用于確定卡死狀況的、具有步驟100，110，120，130，140，150，160，170的一個流程框圖。該流程例如可作為一個算法被存儲在電動工具機(jī)的一個控制單元中。首先在步驟100中，在一個時間間隔T1期間將確定及存儲轉(zhuǎn)速脈沖J1的數(shù)目，該轉(zhuǎn)速脈沖例如由一個轉(zhuǎn)速傳感器檢測到。如果例如使用一個磁輪作為轉(zhuǎn)速傳感器，則磁輪轉(zhuǎn)一整圈導(dǎo)致與磁輪具有的齒數(shù)相同的脈沖J。在下一步驟110中，將由計數(shù)出的脈沖J1的數(shù)目來計算當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1。在下一步驟120中，將接著對當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1配置閾值E1。這可用多種方式實現(xiàn)，它們由框A，B來表示。
在框A中將當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1與電動工具機(jī)的整個系統(tǒng)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n0相比較及構(gòu)成一個商，該商給出轉(zhuǎn)速比n1/n0。該轉(zhuǎn)速比n1/n0與一個初始值E0相乘及由此確定出用于當(dāng)前時間間隔T1的新閾值E1。初始值E0可在開始作為起動值預(yù)給定，接著可分別將一個在前一時間間隔Tn-x中計算出的閾值E1設(shè)置成當(dāng)前時間間隔Tn中的初始值E0。
在一個優(yōu)選的變換構(gòu)型中，可在框B中將一個當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1與一個表格的數(shù)值區(qū)間相比較，由此對它配置一個相應(yīng)的新的閾值E1。該表格最好被存儲在電動工具機(jī)的一個控制單元的存儲模塊中。該表格包含由經(jīng)驗確定的轉(zhuǎn)速關(guān)斷值來作為與空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速相關(guān)的閾值?？辙D(zhuǎn)轉(zhuǎn)速例如可與工作狀況或與所使用的刀具相關(guān)。此外尤其還可考慮操作者的感覺或他的操作力等，其方式是，例如在低負(fù)載轉(zhuǎn)速n1時將超比例或欠比例地降低閾值E1。
在框A或B中計算出的閾值E1將傳送給步驟120及配置給當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1。
在下一步驟130中，在跟隨第一時間間隔T1的第二時間間隔T2期間確定及存儲轉(zhuǎn)速脈沖J2的數(shù)目，該轉(zhuǎn)速脈沖例如由一個轉(zhuǎn)速傳感器檢測。然后在下個步驟140中，由計數(shù)出的脈沖J2的數(shù)目計算出當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n2。
在下一步驟150中，產(chǎn)生在第一時間間隔T1中的轉(zhuǎn)速n1與第二時間間隔T2中的負(fù)載轉(zhuǎn)速n2之間的差值n1-n2。如果該差值n1-n2大于閾值E1，則在步驟160中關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)。如果差值n1-n2不大于E1，則在步驟170中將轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)目置成J1＝J2。此外可將閾值E1置成等于E0及作為初始值E0返回到步驟100與110之間的方法流程中。
在另一優(yōu)選的變換構(gòu)型中，如圖5中所示地，可確定出一個變化的閾值E1＝dn/dt，其方式是，在步驟210中確定出一個以空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n0歸一的邊界值的時間導(dǎo)數(shù)dn/dt。閾值E1代表在轉(zhuǎn)速變化/時間圖中的一個臨界角度，轉(zhuǎn)速將以該角度下降。如果負(fù)載轉(zhuǎn)速n1以一個更平緩的角度變化，這相應(yīng)于一個允許的狀態(tài)，及驅(qū)動電動機(jī)可繼續(xù)運行。如果下降更陡，則這被識別為卡死狀況及關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)。為此在框C中給出空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n0的給定值。在步驟220中，在一個時間間隔T1期間確定及存儲轉(zhuǎn)速脈沖J1的數(shù)目，該轉(zhuǎn)速脈沖例如由一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測。然后在步驟230中計算出當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1，如在圖4中實施例的步驟110中所描述的。在步驟240中將時間導(dǎo)數(shù)dn1/dt與閾值E1進(jìn)行比較。如果dn1/dt在數(shù)值上大于或等于E1，則在步驟250中關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)。如果時間導(dǎo)數(shù)dn1/dt低于閾值E1，則在步驟210上重新開始該方法。為了計算，可在步驟200中輸入其它參數(shù)，這些參數(shù)代表有影響的物理量，如傳動比(Getriebe)、變換比、質(zhì)量比等。臨界角度可在多個時間間隔上被確定或在進(jìn)行的工作過程中連續(xù)地被確定或僅在確定的時刻被確定。這可根據(jù)要求來適配。
通常閾值E1的確定可連續(xù)地或偶爾地進(jìn)行。時間間隔T1，T2可符合需要地選擇及也可在工作狀況中被改變。
此外，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差和/或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)度(Ausregelungsgrad)和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)進(jìn)入到閾值E1的確定中去。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差或其調(diào)節(jié)度將優(yōu)選地通過當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速n1或其隨時間的變化dn1/dt與空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n0的關(guān)系來考慮。機(jī)械時間常數(shù)可在使用不同的插入式刀具時而不同及可在選擇適合的時間間隔T1，T2時非常有利地被考慮。這例如可通過在電動工具機(jī)控制單元中的一個選擇開關(guān)來輸入。
權(quán)利要求
1.用于關(guān)斷電動工具機(jī)的驅(qū)動電動機(jī)(12)的方法，該驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動一個刀具，其中驅(qū)動電動機(jī)(12)在刀具卡死狀況下被根據(jù)一個可變的閾值(E1)關(guān)斷，其特征在于在至少一個預(yù)給定的時間間隔(T1)中根據(jù)一個當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速(n1)及一個空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(n0)來確定該閾值(E1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速(n1)與空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(n0)的一個轉(zhuǎn)速比(n1/n0)來確定該閾值(E1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于該閾值(E1)作為轉(zhuǎn)速比(n1/n0)與一個初始值(E0)的乘積構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該閾值(E1)作為以空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(n0)歸一的一個轉(zhuǎn)速的時間變化(dn/dt)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將當(dāng)前的負(fù)載轉(zhuǎn)速(n1)與一個表格的與負(fù)載轉(zhuǎn)速及空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相關(guān)的數(shù)值區(qū)間相比較及配置新的閾值(E1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于在低的負(fù)載轉(zhuǎn)速(n1)時根據(jù)一個可選擇的系數(shù)來減小閾值(E1)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于所述閾值(E1)被歸整成整數(shù)。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于閾值(E1)被用一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)和/或電動工具機(jī)的運行參數(shù)來加權(quán)。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的方法，其特征在于在兩個彼此相繼的第一及第二時間間隔(T1，T2)中對轉(zhuǎn)速脈沖(J1，J2)計數(shù)，由此來確定轉(zhuǎn)速(n1，n2)，使第一時間間隔(T1)的轉(zhuǎn)速(n1)減去第二時間間隔(T2)的轉(zhuǎn)速(n2)，及當(dāng)差值(n1-n2)大于閾值(E1)時關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)(12)。
10.電動工具機(jī)，帶有一個由驅(qū)動電動機(jī)(12)驅(qū)動的刀具，在該電動工具機(jī)中設(shè)有用于在刀具卡死時根據(jù)一個可變的閾值(E1)關(guān)斷驅(qū)動電動機(jī)(12)的裝置，其特征在于所述裝置包括至少一個檢測單元和/或計算單元，以便確定至少一個與至少兩個變量(n1，n0)相關(guān)的閾值(E1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電動工具機(jī)，其特征在于所述裝置包括一個微控制器(16)，后者與一個轉(zhuǎn)速檢測單元(18)及一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相連接，其中閾值(E1)可以可變地由轉(zhuǎn)速檢測單元(18)的一個轉(zhuǎn)速信號和/或一個轉(zhuǎn)速變化信號以及一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值-實際值偏差和/或電動工具機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)來確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的電動工具機(jī)，其特征在于所述裝置包括一個影響轉(zhuǎn)速的電子單元(16)，用于控制電動機(jī)電壓和/或電動機(jī)電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于關(guān)斷電動工具機(jī)的驅(qū)動電動機(jī)(12)的方法，該驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動一個刀具，其中驅(qū)動電動機(jī)(12)在刀具卡死狀況下被根據(jù)一個可變的閾值(E
文檔編號F16P3/00GK1905988SQ200480041088
公開日2007年1月31日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者于爾根·維克, 迪特馬爾·哈恩, 馬里奧·保利, 羅蘭·瓦爾特, 安德烈亞斯·海爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司