专利名称：旋转的手持电动工具的安全电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于至少部分旋转的手持电动工具，如电钻或钻锤的一种安全电路。
背景技术：
为了避免例如由于工具卡壳而引起的外壳手柄的不安全的扭转，从电机到工作轴的动力连接被安全离合器切断。
根据DE4334933A1，在旋转手持电动工具中，垂直旋转的振动由一个加速度传感器测量并在规定的时间间隔上被考察。如果在此时间间隔内没有过零点--此过零点对于相对旋转轴静止的角位置而言是必需的，因而构成其特征--则在传感器控制下切断从电机至工作轴的动力连接。在时间间隔中不能识别高的旋转加速度。
按照DE3707052，为了避免在工具卡壳时钻锤手柄的不安全的扭转，普遍采用旋转角—，旋转速度—或旋转加速度—传感器。前面所述状态被评估，从而切断动力连接。
按照DE4334933A1，用旋转加速度—传感器测得旋转加速度，并且在一个规定的未来时间间隔进行一个模拟或数字实现的限制频带的积分，计算出预测的外壳的未来偏转角，若它超过门限值，则切断动力连接。
此外US5247252利用一个基于科里奥利力测量的压电陶瓷转速传感器来确定旋转速度。
发明内容
本发明的目的在于缩小实现用来在工具卡壳时切断旋转的手持电动工具的动力连接的一种基于未来偏转角的安全电路所必要的构件。
上述任务主要由独立权利要求所述的特征实现。其它权利要求给出优化的其它结构。
用于产生切断旋转的手持电动工具的动力连接和/或电流路径的控制信号的主要是一个直接测量旋转速度的转速传感器和一个连接于传感器输出，将至少部分正比于旋转速度的测量值与一个门限值进行比较的比较器，它们相互连接。
利用旋转的手持电动工具中由于传动轴的旋转构件的质量惯性，恒定旋转速度的可靠近似值，按照对于近似正比于直接测量的旋转速度的均速旋转运动的线性运动方程计算出在1ms至100ms(最好约20ms)的短的未来时间间隔中的偏转角，为了简化时间间隔开始时的偏转角置为零，这样，包含旋转加速度积分的项目不必须在功能单元中进行。
转速传感器最好是有源的全集成的压电陶瓷或在硅片上的传感器，它的工作基于科里奥利力，这样只要求小的空间和外接电源的电路。
有优点的是测量值经过一个截止频率在10Hz和100Hz之间的中间低通滤波器滤波，以抑制高频加速峰，它主要出现在岩石的冲击工作中。一个模拟滤波器进一步优化实现为一个RC电路。
进一步优化方法是测量值经过一个中间高通滤波器，它可以是一个相应大小的电容后接一个电阻，该滤波器的截止频率在0.5Hz和10Hz之间，它用于抑制操作者的随意导向运动，它不可以启动传动连接的切断。
有优点的是在转速传感器和比较器之间设置一个例如由电阻分压器构成的具有前接积分器的计权相加器，积分器例如由一个在截止频率之上工作的RC低通滤波器构成。通过现在出现在计权相加器上正比于旋转角和正比于旋转速度的两个时间函数电子方式近似地预先计算未来旋转角，并且可在不同的零边界条件下进行，这样提供给操作者在确定监测门限值内一个旋转角区间，其输出点最好被确定为电机的开动时间点。
此外经过A/D变换器数字化的转速传感器的测量值最好在一个时间上周期性地或者在开动时被中断控制的微控制器用通常软件算法求出，并且相加器最好是权值相加，积分器最好是增量扩展求和，而滤波器最好由计权的，增量滑动注入的部分和实现。
有优点的是与规定门限值比较后求出的控制信号通过一个可控制的电机电流馈送开关和/或一个可控制的离合器切断电机至工作轴的动力连接。
下面借助附图中优化实施例详细说明本发明。附图中图1是具有安全电路的旋转的手持电动工具，图2是模拟的安全电路图3是数字的安全电路具体实施方式
如图1所示，围绕旋转轴A旋转的手持电动工具1为了切断从电机2至旋转工具轴3的动力连接，具有一个可由控制信号θ控制的离合装置4，一个可由控制信号θ控制的在电机2电流路径中的馈电开关5，以及一个具有直接测量旋转速度ω的转速传感器7的模拟安全电路6。
如图2所示，在模拟安全电路6中测量旋转速度ω的转速传感器7的输出连接于作为比较器实现的比较电路8，以传输信号，它将至少部分正比于旋转速度ω的测量值M与一个预选的门限值S进行比较，在转速传感器7与用电机的开动时间点触发的比较电路8之间设置一个具有确定的时间传递函数的模拟功能单元9。
元件R1和C1构成具有以下传递函数的低通滤波器 其中S＝σ+jω(复频率)并且上截止频率 元件C2和R2构成高通滤波器，其传递函数为 并且下截止频率 为0.5Hz。
元件R3和C3构成一个积分器，它由其0.01HZ截止频率之上工作的低通实现。电阻R4、R5和R6组合构成一个相加电路，其中R4＝R5＝R6。在比较器8中导出的测量信号M’与作为关断条件的门限值S进行比较。这导致在需要的情况下切断动力连接。
图3示出数字实现为软件编程的，设置在模-数变换器(ADC)和数-模变换器(DAC)之间的微控制器的功能单元9’，它用电机的开动时刻点触发，它包含以下功能块一个数字高通滤波器I，在其中首先通过乘法器用1/E对输入信号归一化，一个数字低通滤波器II，一个积分器III和一个用以按因子Tau对旋转速度ω计权的计权相加电路IV。各功能块的传递函数计算公式分别为对于高通滤波器I， 对于低通滤波器II， 以及对于积分器III， 其中截止频率 。对于计权相加电路IV，Tau约为0.02。
权利要求
1.用于在至少部分旋转的手持电动工具(1)的外壳的未来偏转角过大时产生控制信号(θ)的安全电路，其特征在于，直接测量旋转速度(ω)的转速传感器(7)连接于一个比较器(8)以传递信号。
2.如权利要求1所述的安全电路，其特征在于，转速传感器(7)被设计为基于科里奥利力测量的有源传感器。
3.如权利要求1或2所述的安全电路，其特征在于，在转速传感器(7)和比较器(8)之间设置功能单元(9，9’)进行信号传递。
4.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，功能单元(9)包含一个具有连接于输入端的积分器(III)的计权相加电路(IV)。
5.如权利要求1至3中任一项所述的安全电路，其特征在于，功能单元(9)被设计成没有用于积分旋转加速度(ω)的装置。
6.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，功能单元(9)具有一个截止频率在10和100Hz之间的低通滤波器(II)。
7.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，功能单元(9)具有一个截止频率在0.5和10Hz之间的高通滤波器(I)。
8.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，在计算控制信号(θ)时，输出点对于电机(2)的开动时间点是可规定的。
9.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，功能单元(9’)被设计为软件偏程的微控制器。
10.如上述权利要求中任一项所述的安全电路，其特征在于，在比较器(8)中将测量值(M，M’)与规定门限值(S)进行比较之后产生的控制信号(θ)，通过一个可控制的、电机(2)电流路径中的馈电开关(5)和/或以及也可同时通过可控制的离合单元(4)可切断从电机(2)至工作轴(3)的动力连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于在旋转的手持电动工具的外壳的未来偏转角过大时产生控制信号(θ)的安全电路,其中直接测量旋转速度(ω)的转速传感器(7)连接于一个比较器(8)以传递信号。
文档编号G01P9/04GK1349873SQ01135420
公开日2002年5月22日 申请日期2001年10月12日 优先权日2000年10月19日
发明者赫尔曼·彼得, 奥塞尔曼·克劳斯 申请人:希尔蒂股份公司