专利名称：旋转的手持电动工具和起动安全程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及起动安全程序和相关的旋转的手持电动工具，尤其钻孔机、冲击钻机或组合式凿岩机。
大型和大功率旋转的手持电动工具，由于在手持电动工具中储存的动能，在工具突然卡阻时由于外壳旋转使得使用者有受伤的危险。在起动卡阻时，亦即在接通的时刻便已存在工具卡阻，由于外壳从静止位置突然偏转，伤害的危险性特别大。
通常由于卡阻造成旋转引起的突然的高旋转脉冲，借助摩擦离合器或安全离合器与卡阻的工具分离或限制相关的扭矩。但是这种分离往往进行得滞后，以致通过已经传递给手持电动工具外壳上的转动能量以及不可谓不大的剩余扭矩，不再能防止外壳偏转。
由DE 3128410 A1已知通过控制手持电动工具的手柄来测量作用在外壳上的扭矩。通过正比于扭矩的信号的模拟积分(dieanaloge integration)，在超过极限值时为了避免工具卡阻、卡死和扼住，起动一安全装置。缺点是为增大在手柄上的对抗力所需要的手持电动工具的操纵要通过使用者来进行。
由EP 666148 B1已知避免手持电动工具大转角的方法和设备，它借助于微控制器根据当前的外壳角加速度预先计算未来时刻可望产生的外壳转角，并在超过极限值时起动用于避免这种超越的安全装置。但是，尤其在利用限制电流的电网时，这种电网只缓慢地增加电动机的转子加速度，在起动卡阻的情况下仍然可能偶然导致外壳的这种小的角加速度，使预先计算的外壳转角并未超过极限值并因而没有起动安全装置。
这种弱的电网尤其出现在下列情况下存在的是普通的弱的电网；小的导线截面限制电流；使用长的加长线路；在功率路径内存在分离变压器或功率小的发电机向机具馈电。在本发明中关注的大功率手持电动工具的起动电流，在电网具有230V/110V时数量级约为30A/60A。
本发明的目的在于为避免上述缺点，进一步发展微处理机控制的安全程序，以保证尤其即使利用弱的电网也能可靠识别起动卡阻，本发明的目的还在于相关的手持电动工具。
此目的主要通过独立权利要求的特征达到。由从属说明有利的进一步发展。
本发明从一种旋转的手持电动工具出发，它有一台电动机和一个在超过有利地在时间上提前算出的外壳转动的极限值时通过微控制器操纵的安全装置，它用于切断工具与电动机之间扭矩的传递。
在具有一个作为程序储存的由微控制器控制的起动安全程序的手持电动工具中，重要之点是，对于紧接着接通过程的第一个短的时间段T0，电动机供以全部有效电压。通过在时间段T0内进行的转子转角的测量，由微控制器计算转子的角加速度。由此，依据电网内阻，计算出由于预先计算的外壳转角α超过而用于起动安全装置的极限值αG和/或停机时刻tA的结果。起动安全程序参数的这种适应性匹配，通过一个对微控制器而言至少在支持点(Stuetzstelle)可读的取决于时间段T0内电动机转子起动特性的图进行。
有利地在时间段T0内连接一个可能的降低有效电压的相位截止控制器，因此电动机按起动特性确定地与电网连接。
此外，有利的是在起动卡阻的情况下手持电动工具有一种通过在短的时间段T0内测得的起动特性有可能导致只有小的外壳转动，例如＜60°的特性。
此外，有利地，在起动卡阻时有利地预先计算外壳转动的安全程序的可靠起动，即使由于电网按规范规定地限制电压也是可行的，因为此起动安全程序设计为有适应性的。
基于不同的电源电压针对具体国家的调整，由于采用了这种适应性安全程序所以是不需要的。
此起动安全程序有利地移植到现已存在的预先计算转动的安全程序内，无需超越极限值改变参数。因此，起动安全程序可在时间上提前地，或更多地领先地平行于现存的不改变的安全程序由微控制器作为计算程序运算。
具有微处理机控制的安全程序的旋转式手持电动工具与用于确定转角或转速的装置连接，以及微控制器通过一个至少在时间的中央起作用的实际有效的电阻与用于将电动机接通电网上的装置相连接，此电阻有利地为零或无穷大。
有利地，由微控制器控制的电阻与一个现有的降低用于转速调节器的实际有效电压的相位截止控制器连接，例如是相位截止控制器的一部分，而更有利地电连接。
取决于实际转速(Ist-Drehzahl)的调节有利地在与加速到额定转速的时间相比短得多的起动时间内全程控制。
下面借助于表示本方法工作原理的图进一步说明本发明。
按此图，旋转的手持电动工具未表示的电动机在接通时刻t＝0和转子转角＝0的转子静止状态与电网连接，因此转子转角(t)按第一个曲线段1抛物线形地以坐标原点为极点随时间t上升。在一个与接通时刻t＝0相连的短的、优选地100ms的时间段T0期间，电动机与电网的全部有效电压连接并且在时间t1＝T0转子转角达到值1，上述时间段T0有利地是调节器全程控制的一部分并且比加速到额定转速Ws的时间短。到后来的时间t＞T0，通过一有利地连接在电动机与电网之间的相位截止控制器，为得到缓慢的起动特性或为了控制到额定转速Ws减小有效电压，因此经过一个惯性引起的光滑过渡区后在曲线段2内转子转角(t)以一个恒定的斜率随时间t上升。在图示的工具起动卡阻的情况下，经过曲线段2后外壳的转角α与转子转角成比例并超过60°。
为了检测这种工具起动卡阻，微控制器由第一曲线段1或值1，通过双重地生成(t)的时间导数或通过计算1的平方根，计算与电动机电流强度成比例的转子起动加速度。由一个对于微控制器而言至少在不连续的支持点可读的针对此电网内阻的转子起动加速度的图，由微控制器适应性地确定极限值αG。时间上在停机时刻tA之前计算用于起动安全装置的外壳转角α的一个微控制器，有利地此同一个微控制器的安全程序，在超过预先算得的转角α时切断扭矩的传递并制动此旋转，从而得出曲线段3，它不超过60°。在具有大内阻的弱电网中，对应于曲线段1′、3′，对于在时间上提前算出的以后的停机时刻t′A适应性地降低极限值α′G。
取代电动机与电网直接连接，也可以在电动机与电网之间设一包括零在内已知的固定的或可测量的实际有效的电阻。在大功率手持电动工具中存在用于确定转速的装置，例如磁环和相关的霍耳传感器，它们至少能不连续地测量转子转角(t)。针对该电网内阻的转子起动加速度图，也可以直接由转子转角1值或由另一个在要确定的极限值内的中间结果进行。在所有的情况下，电动机转子的动态起动特性用于确定极限值。
因此，起动安全程序有下列主要的程序运行过程·在方法的第一步，微控制器在一个短的时间段T0将电动机通过一个固定的或可由微控制器测定的包括零在内的实际电阻与电网连接；·在方法的第二步，微控制器借助确定在时间段T0内的转角或转速的装置实施转子转角的测量；·在方法的另一步，微控制器计算转子角加速度或与之相关的值；·在方法的最后一步，微控制器根据转子角加速度或与之相关的值，通过一个它本身可读的图确定极限值和/或停机时刻。
权利要求
1.至少输出旋转运动的手持电动工具起动安全程序的方法，手持电动工具有一台电动机和一个在超过安全程序的极限值(αG)时通过微控制器操纵的安全装置，用于切断工具与电动机之间的扭矩的传递，其特征为在起动安全程序的方法的第一步，微控制器在一个短的时间段(T0)将电动机通过一个固定的或可由微控制器测定的实际电阻与电网连接或直接与电网连接，在方法的第二步，微控制器借助确定在时间段(T0)内的转角或转速的装置实施转子转角()的测量，在方法的另一步，微控制器计算转子角加速度或与之相关的值，以及在方法的最后一步，微控制器根据转子角加速度或与之相关的值，通过一个它本身可读的图，确定极限值(αG)和/或停机时刻(tA)。
2.按照权利要求1所述的起动安全程序的方法，其特征为短的时间段(T0)随手持电动工具的接通过程开始。
3.按照权利要求1或权利要求2所述的起动安全程序的方法，其特征为实际有效电阻为零并因而电动机直接与电网连接。
4.按照前列权利要求之一所述的起动安全程序的方法，其特征为相位截止控制器与此有效电阻连接。
5.按照前列权利要求之一所述的起动安全程序的方法，其特征为为了计算，在转子转角((t))的第一个曲线段(1)内进行两次微分。
6.按照前列权利要求之一所述的起动安全程序的方法，其特征为为了计算，由值(1)求出平方根。
7.用于实施按照权利要求1至6之一所述方法的手持电动工具，它有一台用于产生至少手持电动工具旋转运动的电动机和一个在超过极限值时通过微控制器操纵的安全装置，用于切断工具与电动机之间的扭矩的传递，其特征为微控制器与确定转角或转速的装置连接；以及，微控制器通过一实际有效电阻与用于将电动机接通电网的装置连接。
8.按照权利要求7所述的手持电动工具，其特征为可由微控制器接通的实际有效电阻与一个降低有效电压的相位截止控制器连接。
9.按照权利要求8所述的手持电动工具，其特征为可由微控制器接通的实际有效电阻平行于一个降低有效电压的相位截止控制器布置。
10.按照权利要求7至9之一所述的手持电动工具，其特征为为微控制器配置用于按照前列权利要求1至6之一所述起动安全程序的计算程序。
全文摘要
本发明涉及手持电动工具和起动安全程序,防止在短的时间段(T
文档编号H02P1/04GK1367562SQ02102430
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月21日 优先权日2001年1月24日
发明者黑尔曼·彼得, 沃顿·G·科斯托, 雷纳·米夏埃尔 申请人:希尔蒂股份公司