EP1358969A2 - Ueberlastschutz für drehende Werkzeugmaschine - Google Patents

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EP1358969A2 EP03405287A EP03405287A EP1358969A2 EP 1358969 A2 EP1358969 A2 EP 1358969A2 EP 03405287 A EP03405287 A EP 03405287A EP 03405287 A EP03405287 A EP 03405287A EP 1358969 A2 EP1358969 A2 EP 1358969A2
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/001—Gearings, speed selectors, clutches or the like specially adapted for rotary tools

Definitions

  • the invention relates to overload protection for a rotating machine tool, especially for a portable core drilling machine for concrete.
  • the torque that occurs in a handheld power tool recorded by control electronics and, if necessary, the drive train via a Magnetic coupling separated from the electric motor.
  • the object of the invention is to realize a space-saving, for high Contact forces and torques dimensioned overload protection for a portable, rotating machine tool.
  • the overload clutch is advantageous as a pre-tensioned, friction-locked ratchet clutch trained, further advantageous with axially displaceable by a coupling path in the event of overload Coupling parts, which enables a compact design.
  • the clutch sensor is advantageous as a further advantageous contactless displacement sensor trained, which is available as standard.
  • the magnetic coil of the magnetic coupling is advantageous for generating the bias voltage Ratchet clutch formed by at least one component of this generated magnetic coupling force acts along the coupling path of the ratchet clutch, whereby no separate spring means are required for the ratchet clutch and the Bias is controllable by the control electronics.
  • the ratchet clutch advantageously has static friction surfaces that run obliquely to the axial surface on, whereby with a given pre-tension mediates the static friction Limit torque can be increased compared to a flat axial surface.
  • the circumferential angle of inclination of the static friction surfaces relative to the axial surface is advantageous between 20 ° and 50 °, further advantageously about 35 °, whereby the limit torque to about can be increased four times compared to a flat axial surface.
  • the driving magnetic coupling part advantageously forms with the driven one Magnetic coupling part as well as the coupling parts of the ratchet coupling, whereby the Ratchet clutch is formed by the magnetic clutch.
  • control electronics are advantageous in the event of a disconnection or after a time limit Disconnection of the electric motor from the power supply reset, whereby then when the electric motor is restarted, the work string through the Magnetic clutch is initially closed.
  • overload protection has a portable machine tool one in the drive train between an electric motor 1 and one via a transmission 2 at least partially rotating tool holder 3 with a core drill bit 4 arranged magnetic coupling 5, which is connected to control electronics 6, the in the event of a torque-dependent overload, the drive train via the magnetic coupling 5 up to a reset.
  • the drive train is an automatic one torque-dependent overload clutch 7 available, the overload Driveline disconnecting clutch state from a non-contact Clutch sensor 8 is detectable.
  • the overload clutch 7 is a biased frictionally engaged ratchet clutch, which is overloaded by a Torque M has a coupling path X axially displaceable coupling parts 7a, 7b.
  • the magnetic coil 9 of the magnetic coupling 5 generates a magnetic coupling force F along the Coupling path X of the ratchet coupling, which forms the preload.
  • the Ratchet coupling points to the axial surface at an angle of inclination ⁇ of 35 ° Static friction surfaces 10.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Ein Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor (1) und einer zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme (3) angeordneten Magnetkupplung (5), welche mit einer Steuerelektronik (6) verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung (5) bis zu einem Rücksetzen auftrennt, wobei im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung (7) vorhanden ist, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem Kupplungssensor (8) detektierbar ist, welcher mit der Steuerelektronik (6) verbunden ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezeichnet einen Überlastschutz für eine drehende Werkzeugmaschine, insbesondere für eine transportable Kernbohrmaschine für Beton.
Beim Kernbohren in Beton mit hartstoffbesetzten Kernbohrkronen mit Durchmessern grösser 100 mm treten durch die beim Kernbohren üblichen hohen Anpresskräfte und Drehmomente sehr hohe Beanspruchungen für die Werkzeugmaschine auf, deren leistungsbezogene Dimensionierung durch die Forderung der Tragbarkeit beschränkt ist. Um Schädigungen der Werkzeugmaschine insbesondere des Elektromotors und des Getriebes zu vermeiden, ist ein Überlastschutz notwendig.
Nach der DE4119941 wird bei einer transportablen Werkzeugmaschine zum Antrieb einer Kernbohrkrone zum Schutz des Elektromotors der Strom und die Temperatur von einer Steuerelektronik überwacht und von dieser bedarfsweise der Elektromotor über einen Leistungsschalter von der Stromversorgung getrennt.
Nach der DE3128410 wird das bei einer Handwerkzeugmaschine auftretende Drehmoment von einer Steuerelektronik erfasst und bedarfsweise der Antriebsstrang über eine Magnetkupplung vom Elektromotor getrennt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung eines raumsparenden, für hohe Anpresskräfte und Drehmomente dimensionierten Überlastschutzes für eine transportable, drehende Werkzeugmaschine.
Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Wesentlichen weist ein Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor und einer zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme angeordneten Magnetkupplung, welche mit einer Steuerelektronik verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung bis zu einem Rücksetzen auftrennt, im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung auf, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem Kupplungssensor detektierbar ist, welcher mit der Steuerelektronik verbunden ist.
Durch die über den Kupplungssensor der drehmomentabhängigen Überlastkupplung ereignisgesteuerte Magnetkupplung erfolgt nach einer Überlast, auch bei geringerer Beanspruchung, keine Wiederverbindung des Antriebsstranges unter Last, wodurch bei der Dimensionierung der Überlastkupplung ein derartiger Verschleiss bzw. die Reibwärme nicht berücksichtigt werden muss und somit ein kleinerer, raumsparender Überlastschutz realisierbar ist.
Vorteilhaft ist die Überlastkupplung als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet, weiter vorteilhaft mit bei Überlast um einen Kupplungsweg axial versetzbaren Kupplungsteilen, wodurch eine kompakte Bauform möglich ist.
Vorteilhaft ist der Kupplungssensor als, weiter vorteilhaft berührungsloser, Wegsensor ausgebildet, welcher standardmässig verfügbar ist.
Vorteilhaft ist die Magnetspule der Magnetkupplung zur Erzeugung der Vorspannung der Ratschenkupplung ausgebildet, indem zumindest eine Komponente der von dieser erzeugten Magnetkupplungskraft längs des Kupplungswegs der Ratschenkupplung wirkt, wodurch keine separaten Federmittel für die Ratschenkupplung benötigt werden sowie die Vorspannung durch die Steuerelektronik steuerbar ist.
Vorteilhaft weist die Ratschenkupplung zur Axialfläche schräg verlaufende Haftreibflächen auf, wodurch bei gegebener Vorspannung vermittelt über die Haftreibung das Grenzdrehmoment gegenüber einer planen Axialfläche steigerbar ist.
Vorteilhaft beträgt der umfängliche Neigungswinkel der Haftreibflächen zur Axialfläche zwischen 20° und 50°, weiter vorteilhaft ca. 35°, wodurch das Grenzdrehmoment auf etwa das Vierfache gegenüber einer planen Axialfläche gesteigert werden kann.
Vorteilhaft bildet der antreibende Magnetkupplungsteil mit dem abtreibenden Magnetkupplungsteil ebenso die Kupplungsteile der Ratschenkupplung aus, wodurch die Ratschenkupplung durch die Magnetkupplung ausgebildet ist.
Bei dem zugeordneten Steuerverfahren der Steuerelektronik wird bei einem initial geschlossenem Arbeitsstrang kontinuierlich oder wiederholt diskret von der Steuerelektronik über den Kupplungssensor der Kupplungszustand erfasst und bei einem sich durch Überlast änderndem Kupplungszustand der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung von der Steuerelektronik solange geöffnet, bis die Steuerelektronik zurückgesetzt wird.
Vorteilhaft wird nach dem Öffnen des Arbeitsstrangs durch die Magnetkupplung von der Steuerelektronik der Elektromotor aktiv abgebremst, bspw. durch umpolen, wodurch dieser schneller ausläuft.
Vorteilhaft wird die Steuerelektronik bei einer Trennung bzw. zeitbegrenzt nach einer Trennung des Elektromotors von der Stromversorgung zurückgesetzt, wodurch anschliessend bei einem Neustart des Elektromotors der Arbeitsstrang durch die Magnetkupplung initial geschlossen ist.
Vorteilhaft wird initial zeitbegrenzt nach dem, weiter vorteilhaft mit geringer Drehzahl erfolgendem, Neustart des Elektromotors über den Kupplungssensor der Kupplungszustand bezüglich des vollständigen Einkuppelns überwacht und im Fehlerfall der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung von der Steuerelektronik solange geöffnet, bis die Steuerelektronik zurückgesetzt wird.
Alternativ vorteilhaft erfolgt initial zeitbegrenzt ein, weiter vorteilhaft mit geringer Drehzahl erfolgendem, gegenläufiger Neustart des Elektromotors, wodurch die beiden Kupplungsteile der Überlastkupplung sicher vollständig einkuppeln.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit der Dastellung des Prinzips des Überlastschutzes einer transportablen Werkzeugmaschine.
Nach der Darstellung weist ein Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor 1 und einer über ein Getriebe 2 zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme 3 mit einer Kernbohrkrone 4 angeordnete Magnetkupplung 5 auf, welche mit einer Steuerelektronik 6 verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung 5 bis zu einem Rücksetzen auftrennt. Zudem ist im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung 7 vorhanden, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem berührungslosen Kupplungssensor 8 detektierbar ist. Die Überlastkupplung 7 ist als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet, welche bei Überlast durch ein Drehmoment M um einen Kupplungsweg X axial versetzbare Kupplungsteile 7a, 7b aufweist. Die Magnetspule 9 der Magnetkupplung 5 erzeugt eine Magnetkupplungskraft F längs des Kupplungswegs X der Ratschenkupplung, welche die Vorspannung bildet. Die Ratschenkupplung weist zur Axialfläche im Neigungswinkel α von 35° schräg verlaufende Haftreibflächen 10 auf. Die versetzbaren Kupplungsteile 7a, 7b der Ratschenkupplung bilden die durch die Magnetspule 9 steuerbaren Magnetkupplungsteile der Magnetkupplung 5 aus.

Claims (10)

  1. Überlastschutz einer transportablen Werkzeugmaschine mit einer im Antriebsstrang zwischen einem Elektromotor (1) und einer zumindest teilweise drehenden Werkzeugaufnahme (3) angeordneten Magnetkupplung (5), welche mit einer Steuerelektronik (6) verbunden ist, die bei drehmomentabhängiger Überlast den Antriebsstrang über die Magnetkupplung (5) bis zu einem Rücksetzen auftrennt, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsstrang eine selbsttätige drehmomentabhängige Überlastkupplung (7) vorhanden ist, deren bei Überlast den Antriebsstrang auftrennender Kupplungszustand von einem Kupplungssensor (8) detektierbar ist, welcher mit der Steuerelektronik (6) verbunden ist.
  2. Überlastschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung (7) als vorgespannte, haftreibschlüssige Ratschenkupplung ausgebildet ist.
  3. Überlastschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die haftreibschlüssige Ratschenkupplung mit bei Überlast um einen Kupplungsweg (X) axial versetzbaren Kupplungsteilen (7a, 7b) ausgebildet ist.
  4. Überlastschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungssensor (8) als, optional berührungsloser, Wegsensor ausgebildet ist.
  5. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetspule (9) der Magnetkupplung (5) zur Erzeugung der Vorspannung der Ratschenkupplung ausgebildet ist, indem zumindest eine Komponente der von dieser erzeugten Magnetkupplungskraft (F) längs des Kupplungswegs (X) der Ratschenkupplung wirkt.
  6. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ratschenkupplung zur Axialfläche schräg verlaufende Haftreibflächen (10) aufweist, deren umfänglicher Neigungswinkel (α) zur Axialfläche, optional zwischen 20° und 50°, weiter optional 35° beträgt.
  7. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die versetzbaren Kupplungsteile (7a, 7b) der Ratschenkupplung die durch die Magnetspule (9) steuerbaren Magnetkupplungsteile der Magnetkupplung (5) ausbilden.
  8. Steuerverfahren eines Überlastschutzes nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ausgehend von einem initial geschlossenem Arbeitsstrang in einem ersten Schritt von der Steuerelektronik (6) eine drehmomentabhängige Überlast detektiert wird und in einem zweiten Schritt von der Steuerelektronik (6) der Arbeitsstrang über die Magnetkupplung (5) solange geöffnet wird, bis in einem dritten Schritt die Steuerelektronik (6) zurückgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt der sich durch Überlast ändernde Kupplungszustand der Überlastkupplung (7) kontinuierlich oder wiederholt diskret von der Steuerelektronik (6) über den Kupplungssensor (8) erfasst wird.
  9. Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen des Arbeitsstrangs durch die Magnetkupplung (5) von der Steuerelektronik (6) der Elektromotor (1) aktiv abgebremst wird.
  10. Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) bei einer Trennung bzw. zeitbegrenzt nach einer Trennung des Elektromotors (1) von der Stromversorgung zurückgesetzt wird und dass optional initial zeitbegrenzt entweder nach dem Neustart des Elektromotors (1) über den Kupplungssensor (8) der Kupplungszustand bezüglich des vollständigen Einkuppelns überwacht wird oder alternativ ein gegenläufiger Neustart des Elektromotors (1) erfolgt.
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