JP2002216599A - 安全スイッチ - Google Patents

安全スイッチ

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JP2002216599A
JP2002216599A JP2001320250A JP2001320250A JP2002216599A JP 2002216599 A JP2002216599 A JP 2002216599A JP 2001320250 A JP2001320250 A JP 2001320250A JP 2001320250 A JP2001320250 A JP 2001320250A JP 2002216599 A JP2002216599 A JP 2002216599A
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safety switch
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Peter Hellmann
ヘルマン ピーター
Claus Osselmann
オッセルマン クラウス
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Hilti AG
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Hilti AG
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予測される変位角度に基づいて電動手工具装
置の力の伝達を遮断する安全スイッチによって回転する
電動手工具装置のツールのかみつきによってツールが動
かなくなることを減少する安全スイッチを得る。 【解決手段】 少なくとも部分的に回転する電動手工具
装置１のハウジングの変位角度が過剰になる際に制御信
号を発生する安全スイッチにおいて、回転速度ωを直接
計測する回転センサ７を比較素子８に信号伝送可能にこ
の比較素子８に接続する。好適には、回転速度センサ７
をコリオリ力に基づいて計測する能動センサとする。ま
た好適には、回転速度センサ７と比較素子８との間に信
号伝送可能に関数ユニット９を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ドリルマシン及び
ハンマードリルのような少なくとも部分的に回転する電
動手工具装置の安全スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ツールのかみつきによってハウ
ジングのグリップに生ずる容認できないねじれを回避す
るため、安全クラッチにより電気的駆動装置から作業ス
ピンドルへの力の伝達を遮断することが行われる。
【０００３】ドイツ国特許公開第４，３３４，９３３号
には、回転軸線に直交する方向の振動を加速度センサに
よって測定し、所定の時間間隔で時系列的に観測する電
動手工具装置が記載されている。回転軸線に対する安定
した角度位置に必須のまた特徴的である零点通過が時間
間隔内に生じない場合、電気的駆動装置から作業スピン
ドルへの力の伝達をセンサ制御によって遮断する。しか
し、時間間隔内では高い回転加速度は生じない。
【０００４】ドイツ国特許公開第３，７０７，０５２号
には、ツールのかみつきによってハンマードリルのグリ
ップに容認できないねじれが生ずるのを回避するため、
回転角度センサ又は回転速度センサ又は回転角速度セン
サのいずれかを使用するものが記載されている。力の伝
達を遮断するにはこの構成は好適である。
【０００５】ドイツ国特許公開第４，３３４，９３３号
によれば、回転加速度センサによって回転加速度を測定
し、所定時間間隔内にアナログ又はデジタルの限定され
た周波数帯域を積分したハウジングのねじれ予測に基づ
いて遮断を行い、限界値を超えた後に力の伝達の遮断を
行う。
【０００６】米国特許第５，２４７，２５２号には、コ
リオリ力に基づいて測定する圧電セラミック製の回転速
度センサを使用して回転速度を決定するものが記載され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、予測
される変位角度に基づいて電動手工具装置の力の伝達を
遮断する安全スイッチによって回転する電動手工具装置
のツールのかみつきによってツールが動かなくなること
を減少する安全スイッチを得るにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、少なくとも部分的に回転する電動手工具
装置のハウジングの変位角度が過剰になる際に制御信号
を発生する安全スイッチにおいて、回転速度を直接計測
する回転センサを比較素子に信号伝送可能にこの比較素
子に接続したことを特徴とする。
【０００９】好適には、力の伝達及び／又は回転式電動
手工具装置の電流経路を遮断する制御信号を発生するた
め、回転速度を直接計測する回転センサと、このセンサ
の出力を介して回転速度に少なくとも部分的に比例する
測定値を限界値に比較する比較素子を相互接続する。
【００１０】１ｍｓ〜１００ｍｓ（好適には、２０ｍ
ｓ）の短い時間間隔において、回転式電動手工具装置の
駆動連鎖における回転する構成部分が質量慣性によっ
て、許容可能な一定回転加速度の近似を用いて、各時間
間隔の開始時に回転角度をゼロにセットし、線形の運動
方程式に基づいて、直接計測した回転速度に比例する一
様な回転運動の回転角度を簡単に計算すると好適であ
り、この場合、関数ユニットにおける回転加速度の積分
を含む項は実行しない。
【００１１】回転速度センサは、コリオリ力に基づいて
動作する能動センサ又は完全一体型センサ又は圧電セラ
ミックセンサ又はシリコンを基材とするセンサとすると
好適であり、このようなセンサは占有空間が少なく、給
電を制限する外部スイッチを必要とする。
【００１２】好適な実施例においては、測定値は、特
に、岩状物の打撃作業を行う際に現れる高い頻度の加速
度ピークを抑止するため、１０Ｈｚと１００Ｈｚとの間
の制限周波数を有する低域通過フィルタを介してフィル
タ作用を行う。更に、アナログ低域通過フィルタはＲＣ
コンビネーションにより実現すると好適である。
【００１３】更に好適には、測定値は、高域通過フィル
タを介して後続の抵抗並びにこの抵抗に対応するコンデ
ンサに接続することができ、ユーザーの任意の案内運動
を抑止するため、力の伝達を遮断する必要のない０．５
Ｈｚと１０Ｈｚとの間の限界周波数以下の周波数をカッ
トする。
【００１４】好適な実施例においては、回転速度センサ
と比較素子との間に、例えば、抵抗分圧器により構成
し、かつ上限周波数で動作するＲＣ低域通過フィルタに
より構成した積分素子に直列接続した重みづけ加算素子
を接続する。重みづけする加算素子において回転角度に
比例しまた回転速度に比例するよう存在する時間の関数
は、一般的な解決方法として異なる周辺条件によって近
似的に電気的にゼロと予測される回転角度を見積もるこ
とができ、ユーザーにはモニタする制限値内で電動駆動
装置の切換時点を決定するに好適な回転角度間隔の起点
を認めることができる。
【００１５】代案として、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル
化した回転速度センサの測定値を、好適には、周期的に
又は切換によって間欠的に制御するマイクロコントロー
ラにおいて、通常のソフトウェアアルゴリズムで評価
し、好適には、加算素子は、増分毎に加算する積分素子
及び重みづけした増分でスライドして埋めていく部分加
算によるフィルタによって実現することができる。
【００１６】好適な実施例においては、予め決められた
限界値との比較により導かれた制御信号を、制御可能な
出力スイッチを介して電動駆動装置の電流経路を遮断す
る及び／又は電動駆動装置からツールスピンドルへの力
の伝達に関連する制御可能なクラッチユニットを遮断す
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、図面につき本発明の好適な
実施の形態を説明する。
【００１８】図１に示すように、回転軸線Ａの周りに回
転する電動手工具装置１には、電気的な駆動装置２から
回転可能なツールスピンドル３に力を伝達するため、制
御信号Θにより制御可能なクラッチ手段４と、制御信号
Θにより制御可能であって電気的駆動装置２のための電
流経路に配置した出力スイッチ５と、回転速度ωを直接
計測する回転速度センサ７を有するアナログ安全スイッ
チ６とを設ける。
【００１９】図２に示すように、アナログ安全スイッチ
６を介して、回転速度ωを計測する回転速度センサ７の
出力を、比較器として構成した比較素子８に信号を伝達
するよう接続し、回転速度ωに少なくとも部分的に比例
する測定値Ｍを予め選択した限界値Ｓと比較する。回転
速度センサ７と電気的駆動装置の切換時にトリガされる
比較素子８との間で、時間で決まる伝達関数を有するア
ナログ関数ユニット９を配置する。
【００２０】構成部分Ｒ１及びＣ１は、次式［数１］の
伝達関数を有する低域通過フィルタを構成する。
【００２１】
【数１】
【００２２】ただし、ｓ＝σ＋ｊω（複素数角速度）で
あり、また上限周波数ｆg は１０Ｈｚで次式［数２］と
する。
【００２３】
【数２】
【００２４】構成部分Ｒ２及びＣ２は、次式［数３］の
伝達関数を有する高域通過フィルタを構成する。
【００２５】
【数３】
【００２６】ただし、下限周波数ｆg は０．５Ｈｚで次
式［数４］とする。
【００２７】
【数４】
【００２８】構成部分Ｒ３及びＣ３は積分器を構成し、
この積分器は０．０１Ｈｚの上限周波数の低域通過フィ
ルタとして実現することができる。抵抗Ｒ４，Ｒ５，及
びＲ６は組み合わせによって加算素子を構成し、Ｒ４＝
Ｒ５＝Ｒ６とする。比較素子８は合成された測定信号
Ｍ′を遮断条件としての限界値Ｓと比較する。これによ
り、必要な場合に駆動連鎖を分離する。
【００２９】図３には、アナログ‐デジタル変換器（Ａ
ＤＣ）とデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）との間に
配置したマイクロコントローラのソフトウェアプログラ
ムとしてデジタル的に実現し、電子的駆動装置の切換え
時にトリガされるデジタル関数ユニット９′は、機能的
下部ブロックとして、入力信号が１／Ｅの乗算器によっ
て標準化されるデジタル高域通過フィルタＩと、デジタ
ル低域通過フィルタIIと、積分器III と、回転速度ωを
係数Ｔauで重みづけするための重みづけ加算素子IVとを
有する。機能的下部ブロックの伝達関数は、高域通過フ
ィルタＩでは次式［数５］を計算し、低域通過フィルタ
IIでは次式［数６］を計算し、積分器III では次式［数
７］を計算し、それぞれ限界周波数は次式［数８］で計
算される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
【数８】
【００３４】重みづけ加算素子IVとしての係数Ｔauは約
０．０２とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施の形態の安全スイッチを
有する電動手工具装置の説明図である。
【図２】 アナログ安全スイッチのブロック図である。
【図３】 デジタル安全スイッチのブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動手工具装置 ２ 駆動装置 ３ ツールスピンドル ４ クラッチ手段 ５ 出力スイッチ ６ アナログ安全スイッチ ７ 回転速度センサ ８ 比較素子 ９ アナログ関数ユニット ９′デジタル関数ユニット

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも部分的に回転する電動手工具
    装置（１）のハウジングの変位角度が過剰になる際に制
    御信号を発生する安全スイッチにおいて、回転速度
    （ω）を直接計測する回転センサ（７）を比較素子
    （８）に信号伝送可能にこの比較素子（８）に接続した
    ことを特徴とする安全スイッチ。
  2. 【請求項２】 前記回転速度センサ（７）をコリオリ力
    に基づいて計測する能動センサとした請求項１記載の安
    全スイッチ。
  3. 【請求項３】 前記回転速度センサ（７）と前記比較素
    子（８）との間に信号伝送可能に関数ユニット（９，
    ９′）を配置した請求項１又は２記載の安全スイッチ。
  4. 【請求項４】 前記関数ユニット（９）には、積分素子
    (III）に直列接続した入力部を有する重みづけ加算素子
    (IV)を設けた請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記
    載の安全スイッチ。
  5. 【請求項５】 前記関数ユニット（９）を回転加速度
    （ω）の積分手段を持たないものとして構成した請求項
    １乃至３のうちのいずれか一項に記載の安全スイッチ。
  6. 【請求項６】 前記関数ユニット（９）には、１０〜１
    ００Ｈｚの間の限界周波数を有する低域通過フィルタ
    （II）を設けた請求項１乃至５のうちのいずれか一項に
    記載の安全スイッチ。
  7. 【請求項７】 前記関数ユニット（９）には、０．５〜
    １０Ｈｚの間の限界周波数を有する高域通過フィルタ
    （Ｉ）を設けた請求項１乃至６のうちのいずれか一項に
    記載の安全スイッチ。
  8. 【請求項８】 制御信号（Θ）の計算による出力で電気
    的駆動装置（２）の切換え時点を決定することができる
    ようにした請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載
    の安全スイッチ。
  9. 【請求項９】 関数ユニット（９′）をマイクロコント
    ローラのソフトウェアアルゴリズムによるものとした請
    求項１記載の安全スイッチ。
  10. 【請求項１０】 前記比較素子（８）において測定値
    （Ｍ，Ｍ′）と予め決められた限界値（Ｓ）との比較に
    より生じた制御信号（Θ）によって、出力スイッチ
    （５）を介して電気的駆動装置（２）の電流経路を遮断
    可能に、及び／又は前記電気的駆動装置（２）からツー
    ルスピンドル（３）に力を伝達する制御可能なクラッチ
    ユニット（４）を遮断可能にした請求項１乃至９のうち
    のいずれか一項に記載の安全スイッチ。
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