专利名称：手持式电动工具机的制作方法
手持式电动工具机
背景技术：
本发明从一种手持式电动工具机出发，该电动工具机包括具有手把区域的壳体； 工具区域，用于能被直线和/或旋转振动地驱动的工具；壳体侧的操作件，用于由使用者激活工具和/或电动工具机；设置在壳体中的驱动单元，用于产生工具的工作运动；设置在壳体中的电子单元，用于给驱动单元加载包括至少控制和/或调节信号在内的所需的加工功率；用于给电子单元提供直流电压的工作电压单元，其中，驱动单元包括至少一个带有激励活性材料的体积的激励致动器，该激励致动器在工作时由工作电压单元供电、由电子单元控制或调节。手持式电动工具机的突出之处在于，它是能携带的并且在工作中由操作者在手中握持并且引导。它们可以无电缆地经由电池组或用电网电流工作。特别是这种手持式电动工具机通常仅包括一个壳体，该壳体完全由使用者握持。在EP 1598171 Bl中描述了一种能携带的焊接枪的焊接头的机械构造，其中超声波致动器给焊接头加载机械功率。
发明内容
本发明从一种手持式电动工具机出发，该电动工具机包括具有手把区域的壳体； 工具区域，用于能被直线和/或旋转振动地驱动的工具；壳体侧的操作件，用于由使用者激活工具和/或电动工具机；设置在壳体中的驱动单元，用于产生工具工作运动；设置在壳体中的电子单元，用于给驱动单元加载包括至少控制和/或调节信号在内的所需的加工功率；用于给电子单元提供直流电压的工作电压单元，其中，驱动单元包括至少一个带有激励活性材料的体积的激励致动器，该激励致动器在工作时由工作电压单元供电、由电子单元控制或调节。建议，所述电子单元构成为用于使所述至少一个激励致动器以谐振频率工作。如果激励致动器以其谐振频率工作，则在振动系统的品质足够高时可以根据电输入功率输出高的机械输出功率。激励致动器可以是超声波激励致动器、特别是以朗之万振动器结构方式的压电致动器。压电致动器具有压电材料作为激励活性材料。典型地，未被缓冲的振动系统的品质为高于100的值、典型地高于500的值。激励致动器的具有谐振频率的谐振系统包括具有压电活性材料的朗之万振动器和耦联在振动器上的部件、特别是增强超声波和/或将超声波传递到加工地点的部件。这样的部件例如作为放大器或超声焊极已知。这能实现结构尺寸的减小和提供紧凑的器具。因此，有利地创造一种工作能力高的、 紧凑的、同时方便的电动工具机。也可设有多个激励致动器、例如具有相同谐振频率或者也具有不同谐振频率的激励致动器作为驱动部件。或者也可设有一个或多个另外的驱动部件、如电动机。不同的驱动部件可以交替地或组合地工作。如果所述至少一个激励致动器以谐振方式工作，则功率收益特别高，使得在电动工具机的给定的输出功率时结构方式可以是特别紧凑的，这有助于舒适地操纵手持式电动工具机。所建议的电动工具机是一体的器具，其中可以消除在分开的壳体部分之间的干扰性的连接电缆。电动工具机可以无线地用电池或蓄电池工作，或者也可以附加地或变换地用电网电流经由电网电缆工作。工具可以是嵌入工具，该嵌入工具可脱开地与激励致动器连接，或者可以与激励致动器固定连接。该连接例如可以是材料锁合或力锁合的。电动工具机特别是这样的加工机，利用该加工机加工或改变物体或表面， 例如钻机、锤钻、切割工具、磨削机、铣削机、锯、焊接器具和类似物。按照本发明的一种有利的改进方案，电子单元可以包括具有频率匹配装置的调节单元，用以跟踪所述至少一个激励致动器的谐振频率。当例如由于温度变化、耦联在激励致动器上的工具的更换或者在对工具加载荷的情况下激励致动器的谐振频率改变时，可以有利地在电动工具机工作时连续地匹配谐振频率。因此，在工作中始终能实现优化的功率收益。电子单元可以有利地包括相位调节链，利用该相位调节链能以高的精度激励谐振频率。 因此，可以将在输入给压电活性材料用以激励超声波振动的电流和电压之间的相移调节并保持到一固定的值、特别是在电流信号和电压信号之间的相位差为0°，因此可实现优化的功率收益。按照本发明的一种有利的改进方案，压电活性材料的体积可以为至少0. 2cm3、优选0. 5cm3、特别是至少1cm3。有利地，可以在激励致动器的结构尺寸小时实现足够的超声波功率。按照本发明的一种有利的改进方案，所述至少一个激励致动器可以具有相对于所述至少一个激励致动器的压电活性材料的体积为至少5瓦/cm3、优选为至少20瓦/cm3的功率密度。相应高的功率密度对于具有尽可能小的尺寸和低的制造成本的、紧凑的手持式电动工具机是有利的。按照一种有利的改进方案，所述至少一个激励致动器在工具尖端具有为至少 3 μ m、优选至少8 μ m、特别是至少12 μ m的振幅。相应高的振幅对于到工件上的良好的功率传递并且因此对于通过电动工具机的高的工作进给是有利的。按照本发明的一种有利的改进方案，在电子单元的输入侧，用于对所述至少一个激励致动器加载的电功率可以为至少20瓦。因此可以有利地确保对于电动工具机足够的功率。常见的功率在手工业者领域内、对于小型切削系统例如在20瓦至250瓦、优选50瓦至150瓦之间。对于功率较高的应用、例如钻削，需要从50瓦至1000瓦、优选200瓦至500 瓦的功率。在专业的手工艺者领域内，对于小型系统的功率需求约在50瓦至400瓦、优选 100至250瓦之间。在大型系统中，使用200瓦至2000瓦的、优选400瓦至1000瓦的功率。 尽管如此，可以创造一种具有轻便尺寸的电动工具机，该电动工具机一方面可以由加工者的手包围或握持，另一方面提供对于加工足够的功率。按照本发明的一种有利的改进方案，所述至少一个激励致动器的最大激励电场强度(相对于压电活性材料的厚度、特别是盘厚度)可以在低于300V/mm的范围内、优选在 50V/mm至220V/mm之间的范围内。当激励致动器的盘厚度典型地为Imm至10mm、优选2mm 至6mm、特别是约5mm时，电压低于1000伏。这有利地允许在具有足够的机械输出功率并且尺寸有利地小的手持式电动工具机中使用激励致动器。按照本发明的一种有利的改进方案，在利用电化学蓄能器供给时工作电压单元的输出电压在3伏至100伏DC之内、优选在3. 5伏至40伏的范围内、特别是36伏、24伏、18 伏、14. 4伏、12伏、10. 6伏、7. 2伏和3. 6伏。有利地，可以使用足够小且轻的电池组或能再充电的蓄电池组，以便在高的输出功率时仍确保电动工具机的良好的可操作性。按照本发明的一种有利的改进方案，工作电压单元的输出电压的直流电压份额在用电网电压供给时可以在0.5UM (电网电压的有效值)至2UM之内。优选例如在使用具有平滑电容器的桥式整流器情况下为1. 4Umo在另一种实施方式中，电网电压可以借助输入侧的变压器变换到对于工作电压单元适合的电压。按照本发明的一种有利的改进方案，所述至少一个激励致动器的工作频率可以在 IOkHz至IOOOkHz之间、30kHz至50kHz之间、特别是35kHz至45kHz之间的范围内、特别优选约40kHz。随着频率的升高，部件的结构尺寸减小并且振动系统的机械负载增大，在电动工具机的输出功率高且重量有利时得到在选择的频率范围内有利的尺寸情况。按照本发明的一种有利的改进方案，工作电压单元可以包括电化学蓄能器、优选能反复充电的电化学蓄能器。工作电压单元具有仅很小的空间需求，这对于电动工具机的紧凑性和重量是有利的。例如基于锂离子(Li-Ion)或者还有镍-金属混合物(NiMeH)、 镍-镉(NiCd)或者还有铅和类似物的系统是有利的。它们可以固定地集成在壳体中并且经由充电接头再充电。按选择，工作电压单元可以构成为更换系统，包括可更换的电化学蓄能器，这些蓄能器必要时也可以是能在外部反复充电的并且能插入壳体中或上的为此设置的容纳部中。根据功率要求，工作电压单元的额定电压可以例如在3伏至48伏之间、例如为12伏直流电。按照本发明的一种有利的改进方案，工作电压单元可以包括AC/DC转换单元。在这种情况下也可设有用于电动工具机的电网接头，并且在工作电压单元中可以对电网电压进行整流和平滑。虽然准备电网电压需要比蓄能器更大的空间，但在唯一一个壳体中的进一步节省空间的且紧凑的结构还能实现对电动工具机的简化的操作和操纵。按照本发明的一种有利的改进方案，电子单元可以集中在一个印刷电路板上。这能实现在壳体中的特别节省空间的布置。激励致动器的电子控制装置是特别紧凑的。按照本发明的一种有利的改进方案，为了对所述至少一个激励致动器进行信号滤波和感应补偿，可以在电子单元的功率回路中设有至少一个电感，所述功率回路对所述至少一个激励致动器加载电功率。功率电感的节省空间的结构可以在唯一一个线圈芯中实现。在激励致动器中有利的、对压电致动器的信号滤波和感应补偿可以直接地经由本就需要的传递变压器的有针对性地设定的漏电感提供或通过卷绕在同一线圈芯上的电感给出。 由此可在功率电路中省去带有其他电感的附加的线圈芯。按照本发明的一种有利的改进方案，至少驱动单元、电子单元和工作电压单元可以这样分布在壳体中，使得质量重心位于手把件的区域内。操作者可以可靠且舒适地操作电动工具机。可靠性和操作舒适性提高。按照本发明的一种有利的改进方案，除了所述至少一个激励致动器外，所述驱动单元可以包括至少一个另外的驱动部件。通过所述至少一个激励致动器(产生的)运动可以有利地与由所述至少一个另外的驱动部件驱动的工具的工作运动叠加，由此可以明显改善工作进给和使加工变容易。按照本发明的一种有利的改进方案，所述至少一个激励致动器可以形成电动工具机的主耗能器，优选至少50%的电输入功率可以被设置用于该主耗能器。在一种有利的改进方案中，电输入功率的至少75%、优选至少80%可以设置用于激励致动器。电动工具机在使用超声波时的工作进给特别大，从而另一耗能器、特别是另一驱动部件、例如钻头、凿子、切刀或类似物可以设计成较小的。因此，驱动装置和所属的电子部件和供能装置也可以是较小的，这又允许手持式电动工具机的改善的操作舒适性和改善的操纵。按照本发明的一种有利的改进方案，可以为所述至少一个激励致动器的激活状态设有一个或多个工作显示器。在此，显示可以以视觉和/或听觉和/或触觉方式实现。电动工具机的工作可靠性得以提高，因为能清楚地识别出激励致动器何时是激活的并且可以输出机械功率。按照本发明的一种有利的改进方案，给工具施加工作运动的驱动单元可以给工具施加叠加振动。驱动单元可以具有例如电驱动马达作为另外的驱动部件，该电驱动马达容纳在电动工具机的壳体内。马达轴通常经由传动单元与形成工具支架的并且实施工作运动的工具轴耦联。工具通常能可更换地固定在工具轴上。电动工具机可以例如用于切削地加工工件，其中为了减小切屑尺寸，在电动工具机中有利地设置激励致动器，该激励致动器能在工具中产生叠加振动。所述叠加振动与工具的工作运动叠加。根据电动工具机类型以及根据所使用的工具和要加工的工件材料，不是源自驱动马达、而是源自激励致动器的叠加振动可以以这样的频率产生，该频率导致显著减小切屑尺寸。因为较小的切屑也具有较小的热容量，所以切屑可以在更短的时间段内得到冷却，由此降低了燃烧危险。此外，较小的切屑也导致减低的受伤危险，因为源自于所述切屑的脉冲较小。叠加振动的频率适宜地在超声波范围内并且因此可以例如至少为20kHz。该比较高的频率一方面具有这样的优点，即在该数量级内的振动对于人们来说不再是能听到的， 从而不产生噪声负荷。另一方面表明，从该数量级起的振动对于显著减小在加工工件时产生的切屑的尺寸是特别有效的。适宜的可以是，产生在显著更高的数量级内的叠加振动。原则上考虑直至兆赫兹范围内的振动。此外也可以产生具有较低频率的叠加振动。由于一方面叠加于工具的工作运动以及由于通常显著较高的频率，叠加振动的产生对工作运动并且因而对加工工件的结果没有影响。此外，叠加振动通常仅具有非常小的振幅，从而不妨碍对工件的加工。在工具中有利的产生叠加振动不仅可以在工具的旋转式、而且在平移式或混合地旋转平移式的工作运动时应用。按照一种有利地实施方案，电动工具机构成为磨削器具、例如构成为角磨机，该电动工具机具有支承在工具轴上的磨削盘作为工具，其中在这种情况下工具运动是纯旋转运动。但也考虑平移运动，例如在实施振动的往复直线运动的往复式锯机中。按照一种有利的实施方式，叠加振动可以垂直于工具的运动平面被激励，在该运动平面中发生工作运动。例如，在磨削盘中叠加振动沿着承载磨削盘的工具轴的方向施加。 而在平移式工作运动中，叠加振动垂直于平移运动进行。但按照另一种适宜的实施方式也可能的是，叠加振动在运动平面内激励工具。在磨削盘的情况下这意味着，磨削盘被垂直于工具轴地激励，从而激励的矢量位于磨削盘的运动平面内。
此外，适宜的可以是，源自激励致动器的叠加振动可以作用到工具的一个轴承上， 其中振动经由该轴承也传播到工具上。在多个轴承的情况下，这优选经由工具附近的轴承实现，以便避免由于叠加振动对传动单元以及驱动马达的负载。作为激励致动器可以使用不同构造的有源的调节件，所述调节件可通过输入能量而被激励产生振动。按照一种有利的实施方案可以规定，激励致动器构成为带有夹紧的压电元件的朗之万振动器，所述压电元件通过施加电压而改变其膨胀。通过相应高频的电压加载，压电元件可以叠加振动的所希望的频率膨胀和收缩，其中激励致动器与一个在驱动单元或者说驱动马达和工具之间的力传递链中的部件耦联，从而激励致动器的振动可以传播直至工具中。如前面已经描述地，该激励优选经由承载工具的工具轴的一个轴承实现。按照另一种实施方案规定，激励致动器构成为磁阻式激励致动器，这特别是适合于产生超声波振动。
其他的优点由下面的
得出。在附图中示出本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书包括很多特征组合。技术人员符合目的地也单独地考虑这些特征并且结合成有意义的其他的组合。图中示例性示出图1示出手持式电动工具机在作为切割器具的构型中的一个实施例；图2示出手持式电动工具机在作为钻孔器具的构型中的另一实施例；图3a、3b示出利用电网电流的交流电压供给或者利用电池组的直流电压供给的控制原理图(图3a)和用于减小滤波器单元的结构尺寸的有利的定时(图3b)；图4示出超声波振幅沿着超声焊极的走向；图5示出用于证明激励致动器的谐振频率的阻抗特征曲线；图6示出理想变压器的等效电路图；图7示出构成为角磨机的电的电动工具机的剖视图；图8示出图7中的角磨机的设置在工具轴上的磨削盘的单独视图，其中工具轴容纳在轴承中并且工具附近的轴承被一激励致动器横向于工具轴地加载高频振动；图9示出图8中的具有轴承和激励致动器的磨削盘的俯视图；以及图10示出另一实施例，其中，激励致动器对承载磨削盘的工具轴沿轴纵向加载高频振动。
具体实施例方式在这些图中，相同的或同类的部件用相同的附图标记标出。为了阐述本发明，图1和2示出手持式电动工具机10的不同实例。图1示出一个带有伸长的壳体形状的切割器具；图2示出带有T形壳体形状的钻孔器具。手持式电动工具机10包括带有手把区域40的壳体20。操作者在手把区域40上握持电动工具机10并且能引导电动工具机10。手把区域40必要时可以利用一未示出的缓冲元件相对于其它壳体区域解耦。电动工具机10还包括工具区域50，用于能被直线地和/ 或振动地驱动的工具60、例如切刀(图1)或钻头(图2)或者根据其他器具类型的其他的工具。壳体侧的操作件30用于由使用者激活工具60和/或电动工具机10。操作件30 例如可以是开关或调节器或者也包括多个操作元件，这些操作元件中的例如一个可以设置用于接通电动工具机10，一个可以设置用于接通和/或调节工具60。在壳体20中设置有驱动单元80，该驱动单元在按照图1和图2的实例中仅包括一个驱动部件，该驱动部件由一个激励致动器100形成。该激励致动器可以构成为压电激励的朗之万振动器(也称为压电致动器)，该朗之万振动器包括压电活性材料102的体积，例如压电陶瓷盘，这些压电陶瓷盘压紧在一起并且在被加载电压时执行长度改变。在加载高频电压时，以已知的方式产生超声波，该超声波经由一耦联元件106被传导给工具60。耦联元件106可以是本身已知的超声焊极。耦联元件106的长度和形状以及材料决定激励致动器100的谐振频率。工具60也可以影响谐振频率。在图1和图2中的实施方案中，激励致动器100构造成使得朗之万振动器和耦联元件106结合在一个单元中，该单元的总长度大致对应于超声波振动的一半波长λ/2。其它的实施方案可以规定，激励致动器100由多个长度为λ/2的部件组成。这可以是振动发生器(作为变换器已知)、特别是例如朗之万振动器；作为放大器已知的振幅变换件104 ；可能的延长件；以及作为超声焊极已知的耦联元件106。设置在壳体20内的电子单元200用于给驱动单元80加载至少控制和/或调节信号以及给激励致动器100供给电压。工作电压单元90这里构成为带有电池的电池组或带有可反复充电的蓄电池92的蓄电池组，用于为电子单元200提供直流电压，该电子单元将工作电压转换成高频的电压信号，利用该电压信号以所希望的方式将激励致动器100激励至振动。电子单元200构成为用以使所述至少一个激励致动器100以谐振频率f_res工作。在此，电子单元200包括用于跟踪激励致动器100的谐振频率f_res的调节单元224。 调节单元224可包括相位调节链，该相位调节链能将激励致动器100激励到其谐振频率，其中在馈入的电流和馈入的电压之间的相移被调节到0°。优选地，当谐振频率由于在工具上的受热或载荷转移而改变时，谐振频率f_res被再调节。变换地也可以这样地进行频率跟踪，即，调节到馈入激励致动器100中的电流的最大值。如果激励致动器100是压电致动器，则压电活性材料102、例如彼此堆叠的压电盘的体积有利地为至少0. 2cm3、优选0. 5cm3、特别是至少1cm3。激励致动器100可以具有相对于激励致动器100的压电活性材料102的体积为至少5瓦/cm3、优选为至少20瓦/cm3的功率密度。该功率密度能实现在工具60具有足够功率输出的手持式电动工具机10中的应用。通过激活致动器30对工具60的激活可以利用信号器件122 (图2)显示。在图1中，电子单元200特别节省空间地集成在一个唯一的印刷电路板210上。在图2中，电子单元分成两个印刷电路板212、214，其中，一个印刷电路板设置在T形壳体20 的一个主要部件中并且一个印刷电路板设置在T形壳体20的横向于主要部件伸出的手把件中。驱动单元80、电子单元200和工作电压单元90有利地这样分布在壳体20中，使得质量重心位于手把件40的区域内。图3a示出激励致动器100的驱动装置的原理图，该激励致动器的形式例如为压电致动器100，包括来自供电网络的交流电压供给装置或具有电池组的直流电压供给装置。在例如以220伏的交流电给电子单元200电网供电时，设有对交流电压整流并使交流电压平滑的结构组件94。电子单元200包括功率发生单元222，直流电压馈入该功率发生器中并且该功率发生器经由相应的滤波器单元226耦联在激励致动器100上。调节单元 224为激励致动器100提供调节信号。激励致动器100的工作频率处在IOkHz至IOOOkHz 之间、优选在30kHz至50kHz之间、特别是在35kHz至45kHz之间的范围内、特别优选在约 40kHz左右。如果供电通过工作电压单元90借助电池或蓄电池92实现，则空间需求可以减小， 因为可以省去用于整流和平滑的结构组件94。工作电压单元90的输出电压优选在100伏之下、约为36伏或10. 8伏。优选地，所述至少一个激励致动器的最大激励电场强度在小于300V/mm的范围内 (相对于压电活性材料的厚度、特别是盘厚度)，优选在50V/mm至220V/mm之间的范围内。 在激励致动器100的盘厚度典型地为Imm至10mm、优选为2mm至6mm、特别是约5mm的情况下，电压低于1000伏。在一种实施方案中，功率发生单元222可以借助4个MOSFET半导体以本身已知的全桥拓扑构成。在另一方案中，工作信号的产生也可以通过一例如具有用于对DC部分滤波的中点电容器的半桥(同样已知)实现。图3b示出一种可能性，用于将滤波器单元226的结构尺寸设计成尽可能小。为此， 功率单元222也可以由调节单元224这样控制，使得其借助例如正弦-三角调制而不是简单的矩形信号来产生类似正弦的矩形电压。根据定时(Taktimg)的高度、亦即共同形成一个正弦的各单个脉冲的数量，可以明显减小不希望的谐波频率的含量，这导致滤波器单元 226的较小的设计。为此，每正弦信号周期时间的矩形脉冲数量大于6、优选在6至100的范围内、特别是在10至26的范围内。在一种实施方案中，矩形脉冲的数量和宽度可以被调节单元224例如在载荷改变时也在工作期间改变。图4示出超声波振幅沿着构成为压电致动器的激励致动器100的变化曲线。耦联元件106构成为超声焊极。激励致动器100的与压电材料102邻接的区域连同压电盘102 一起被称作变换器。压电材料102通过馈入的高频交流电压激励而振动，这些振动经由变换器传递到耦联元件106中。在激励致动器100的如在图4中所示的三级式构造中，该激励致动器附加地包括用于匹配振幅的放大器104。沿着激励致动器100的纵向延伸尺寸M， 被激励的振动的振幅Amp的平均值增大。激励致动器100 (必要时包括耦联的工具)的振动系统在工作中的谐振频率f_res的改变优选被平衡，例如利用在上面已经提到相位调节链或者利用馈入激励致动器100中的电流的最大值调节，利用所述相位调节链将在为了激励激励致动器100而馈入该激励致动器中的电压与馈入的电流之间的相移调节到零(相位-零-调节)。图5示出一压电地构成的激励致动器的、具有谐振频率f_res和f_res2的阻抗特征曲线。特征曲线A示出阻抗Imp的曲线作为频率f的函数，该阻抗在谐振频率f_res时经过阻抗最小值并且在谐振频率f_res2时经过阻抗最大值。频率f_res称为串联谐振，频率€_1^82称为并联谐振。曲线B示出在电流和电压之间的相移的走向，该相移在谐振频率时具有交零并且
11从谐振频率f_res之下的-90°改变到谐振频率f_res之上的+90°。在经过并联谐振f_ res2时，相移从谐振频率之下的+90°改变到谐振频率之上的-90°。为了对所述至少一个激励致动器100进行信号滤波并且感应补偿，在电子单元的功率回路中可以设有至少一个电感，该功率回路被设置对所述至少一个激励致动器100加载电功率。功率电感连同传递变压器一起在一个唯一的线圈芯中的节省空间的构造可以被实现。压电致动器的在激励致动器100中有利的信号滤波和感应补偿可以直接经由本就需要的传递变压器的有针对性地设定的漏电感提供或通过卷绕到同一线圈芯上的电感给定。 由此可以在功率回路中省去带有其他电感的附加的线圈芯。为此，图6为了阐述而示出带有理想的变压器的等效电路图。电感M用于从初级侧到次级侧进行真正的传递。产生漏电感，因为绕组决不可能理想地耦合。Ll和L2形成磁场的一部分，该部分不能由次级线圈“捕获”。Ll和L2在电方面可看作如同空芯线圈那样。在图7中作为角磨机示出的电动工具机10包括一壳体20，该壳体由一马达壳体 22和一手把壳体24构成，其中在马达壳体22和手把壳体24之间设置有一缓冲元件26。电动工具机10在手把壳体24上被握持，该手把壳体形成手把区域40。在马达壳体22中容纳驱动单元80，该驱动单元带有构成为电驱动马达82的驱动部件，该驱动部件经由传动单元62与工具轴64耦联并且驱动该工具轴。工具轴64是构成为磨削盘的工具60的支架， 该磨削盘可更换地固定在工具轴64上。在图8中，工具轴64和固定在其上的构成为磨削盘的工具60以单个视图示出。具有纵轴线L的工具轴64能转动地支承在轴承70和72中，这些轴承彼此隔开距离地设置在壳体20中。在与磨削盘相对置的端侧上，在工具轴64上设有锥齿轮74，工具轴64经由该锥齿轮被电驱动马达82驱动。为了减小在用构成为磨削盘的工具60加工工件时产生的切屑的尺寸，构成为磨削盘的工具60除了其旋转的工作运动外还进行高频振动。在这里涉及与构成为磨削盘的工具60的工作运动叠加的叠加振动。所述叠加振动借助激励致动器100产生，该激励致动器作为驱动单元80的另外的驱动部件同样设置在手持式电动工具机10的壳体10内并且直接或间接地激励构成为磨削盘的工具60作叠加振动。在按照图8的实施例中，激励致动器100对工具轴64的工具侧的轴承70加载并且产生垂直于工具轴64的纵轴线L指向的叠加振动。所述垂直于纵轴线L指向的叠加振动经由工具轴64也传递到构成为磨削盘的工具60上，该工具同样垂直于纵轴线L地并且因而在其运动平面内实施叠加振动。原则上也可以将激励致动器100定位在其他位置处，例如在远离工具的轴承72 上、直接在工具轴64上的一个位置处或者在构成为磨削盘的工具60上，以便对其加载叠加振动。作为激励致动器100可以使用不同的有源的调节件。优选使用这样的调节件，该调节件产生在超声波范围内的、特别是在至少20kHz的频率范围内的高频振动，其中必要时也考虑在较高数量级内的、特别是直到兆赫兹范围内的频率或者也考虑较小的频率。作为激励致动器100例如使用压电元件，该压电元件的长度通过施加电压而改变。因为压电元件非常迅速地对电压变化做出反应，所以通过施加高频电压能在激励致动器中产生相应迅速的长度变化，该长度变化对这里例如构成为磨削盘的工具60产生作用。激励致动器100也可以构成为磁阻式激励致动器，其中通过施加外磁场能改变电阻。 在按照图8和9的实施例中，沿着箭头方向110垂直于工具轴64的或构成为磨削盘的工具60的纵轴线L地产生叠加振动。而在按照图10的实施例中，激励通过按照箭头方向110在工具轴64和工具60的纵轴线L的方向上并且因此垂直于构成为磨削盘的工具 60的运动平面的叠加振动实现。产生叠加振动的激励致动器100或者直接地对工具轴64 或一个或者两个轴承70或72、或者直接地对工具60沿轴向方向加载叠加振动。
权利要求
1.手持式电动工具机(10)，包括带有手把区域GO)的壳体O0)；工具区域(50)，用于能被直线地和/或振动地驱动的工具阳0)；壳体侧的操作件(30)，用于由使用者激活所述工具(60)和/或所述电动工具机(10)；设置在所述壳体O0)中的驱动单元(80)，用于产生所述工具(60)的工作运动；设置在所述壳体O0)中的电子单元O00)，用于对所述驱动单元(80)加载至少控制和 /或调节信号；用于提供直流电压的工作电压单元(90)；其中，所述驱动单元(80)包括至少一个带有激励活性材料的体积的激励致动器 (100)，所述激励致动器在工作中由所述工作电压单元(90)供电，由所述电子单元(200)控制或调节，其特征在于，所述电子单元(200)构成为用于使所述至少一个激励致动器(100)以谐振频率(f_res)工作。
2.根据权利要求1所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述电子单元(200)包括具有频率匹配装置的调节单元0 )，用以跟踪所述至少一个激励致动器(100)的谐振频率 (f—res)ο
3.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述激励活性材料是压电式的。
4.根据权利要求3所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述压电材料的体积为至少0. 2cm3、优选0. 5cm3、特别是至少1cm3。
5.根据以上权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器(100)具有相对于所述至少一个激励致动器(100)的压电活性材料(10 的体积为至少5瓦/cm3、优选为至少20瓦/cm3的功率密度。
6.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器在工具尖端具有为至少3 μ m、优选至少8 μ m、特别是至少12 μ m的振幅。
7.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，在所述电子单元 (200)的输入侧，用于对所述至少一个激励致动器(100)加载的电功率为至少20瓦。
8.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述激励致动器的盘厚度典型地为Imm至10mm、优选2mm至6mm、特别是约5mm。
9.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器(100)的输入场强相对于所述压电活性材料的厚度、特别是盘厚度处在300V/mm的内、优选在50V/mm至220V/mm之间的范围内。
10.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器(100)的输入电压处在低于1000伏的范围内、优选在300伏至700伏的范围内。
11.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工作电压单元 (90)的输出电压低于100伏。
12.根据权利要求1至10之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工作电压单元(90)的输出电压高于100伏。
13.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器(100)的工作频率处在IOkHz至IOOOkHz之间、优选在30kHz至50kHz之间、特别是在35kHz至45kHz之间的范围内。
14.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工作电压单元 (90)包括电化学蓄能器(92)、优选能反复充电的电化学蓄能器(92)。
15.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工作电压单元 (90)包括整流器(94)。
16.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述电子单元 (200)集中在一个印刷电路板O10)上。
17.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，为了对所述至少一个激励致动器(100)进行信号滤波和/或感应补偿，在所述电子单元O00)的一个功率回路中设有至少一个电感，所述功率回路对所述至少一个激励致动器(100)加载电功率。
18.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，至少驱动单元 (80)、电子单元(200)和工作电压单元(90)这样分布在所述壳体00)中，使得质量重心位于手把件GO)的区域内。
19.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，除了所述至少一个激励致动器(100)外，所述驱动单元(80)包括至少一个另外的驱动部件。
20.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述至少一个激励致动器(100)形成所述电动工具机(10)的主耗能器，优选至少50%的电输入功率被设置用于该主耗能器。
21.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，为所述至少一个激励致动器(100)的激活状态设有一个或多个视觉的和/或听觉的和/或触觉的工作显示器 (120，122)。
22.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，设有工作区照明装置。
23.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述激励致动器 (100)被设置用于在所述工具(60)中产生与所述工具(60)的工作运动叠加的叠加振动。
24.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工具(60)能转动地被支承并且所述工具(60)的工作运动是旋转运动。
25.根据权利要求19所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述工具(60)是磨削盘。
26.根据权利要求18至20之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述叠加振动在以下方向中的至少一个方向上激励所述工具(60)与所述工具(60)的运动平面垂直的方向，所述工具(60)的工作运动发生在该运动平面内；在承载所述工具(60)的工具轴(64)的纵轴线(L)的方向上；在所述运动平面内，所述工具(60)的工作运动发生在所述运动平面内；和/或垂直于所述工具轴(64)的方向。
27.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述激励致动器 (100)作用在所述工具(60)的一个轴承(70，72)上。
28.根据上述权利要求之一所述的手持式电动工具机，其特征在于，所述激励致动器(100)的激励活性材料(104)是磁阻式的。
全文摘要
本发明涉及一种手持式电动工具机(10)，包括带有手把区域(40)的壳体(20)；工具区域(50)，用于能被直线地和/或振动地驱动的工具(60)；壳体侧的操作件(30)，用于由使用者激活工具(60)和/或电动工具机(10)；设置在壳体(20)中的驱动单元(80)，用于产生工具(60)的工作运动；设置在壳体(20)中的电子单元(200)，用于给驱动单元(80)至少加载控制和/或调节信号；用于提供直流电压的工作电压单元(90)；其中，驱动单元(80)包括至少一个带有激励活性材料的体积的激励致动器(100)，所述激励致动器在工作中由工作电压单元(90)供电，由电子单元(200)控制或调节。建议，所述电子单元(200)构成为用于使所述至少一个激励致动器(100)以谐振频率(f_res)工作。
文档编号B24B1/04GK102271865SQ200980153937
公开日2011年12月7日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年1月5日
发明者I·斯普雷默, J·普拉策, J·罗泽, S·德尔菲尼, T·科德尔 申请人:罗伯特·博世有限公司