操作机加工工具的方法和机加工工具
阅读说明：本技术 操作机加工工具的方法和机加工工具 (Method for operating a machining tool and machining tool ) 是由 Q·刘 B·吉尔迈尔 S·施密德 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明描述了操作具有电池和电动机的机加工工具的方法,该电动机被设计为旋转地驱动可联接到工具的输出轴,提供用于致动电动机的控制装置和用于确定参数的装置,该机加工工具可以在第一操作模式和第二操作模式下操作,并且如果由装置确定的参数超过或低于限定的阈值,则控制装置将机加工工具从第一操作模式转换到第二操作模式。电动机(3)在第二操作模式下由包括电流脉冲(10、10’、11)的安倍数曲线控制,电流脉冲(10、10’、11)的最大安倍数(A1、A1’、A2)的水平取决于电池(2)的实际充电状态而变化。还描述了可以使用这种方法操作的机加工工具。(The invention describes a method of operating a machining tool having a battery and an electric motor designed to rotationally drive an output shaft coupleable to the tool, a control device for actuating the electric motor and a device for determining a parameter being provided, the machining tool being operable in a first operating mode and a second operating mode, and the control device switching the machining tool from the first operating mode to the second operating mode if the parameter determined by the device exceeds or falls below a defined threshold value. The electric motor (3) is controlled in the second operating mode by an ampere curve comprising current pulses (10, 10', 11), the level of the maximum ampere (a1, a1', a2) of the current pulses (10, 10', 11) varying depending on the actual state of charge of the battery (2). A machine tool operable using this method is also described.)
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分中更详细地描述的类型的用于操作具有电池和电动机的机加工工具的方法。此外，本发明涉及根据权利要求15中更详细描述的类型的机加工工具。
背景技术
在实践中已知的被设计为具有可由电池操作的调节电动机的机加工工具中，施加到输出轴的输出扭矩增加，因此提供该输出扭矩所需的电机电流增加，例如在钻出钻孔深度增加的孔时，以提供相应增加的输出扭矩并保持电动机转子的期望转速。如果施加到输出轴上的制动扭矩超过电动机的性能容量，即使电机电流增加，转子也会停止。如果没有硬件保护或软件保护，锁定转子和施加的高电流可能损坏电子设备和/或电动机。同样，输出轴可能突然锁定，例如在硬表面钻孔时。结果，施加的安培数突然增加。
为了防止在这些情况下损坏机加工工具，已知提供机械联轴器，当将限定的输出扭矩施加到输出轴时，该机械联轴器将输出轴与电动机分离，使得电动机的转子能够继续旋转，而不会将施加到输出轴的扭矩传递到电动机。
然而，机械联轴器的特点是重量大，需要空间，对机加工工具的制造成本有不利影响。此外，机械部件会磨损，可能需要维修或更换。机械联轴器的磨损会不利地改变联轴器的释放扭矩，使得联轴器的最大可能的释放扭矩在联轴器运行期间可能减小。此外，机械联轴器也无法达到期望的范围。
为了消除这些缺点，实践中已知具有电子实现的联轴器的机加工工具，该联轴器通过相应地控制电动机来实现，例如为此目的确定和评估来自电动机的信号。在检测到释放事件后，例如施加到输出轴的扭矩超过限定的阈值，或驱动轴的突然制动大于限定的阈值，或施加到输出轴的速度在启动期间由于机加工工具被锁定而未在限定的时间间隔内达到最小阈值，则电动机从第一操作模式转换到第二操作模式，在该第二操作模式中将电流脉冲施加到电动机。这些电流脉冲给用户触觉反馈，其被建模并且优选地类似于具有机械联轴器的机加工工具的触觉反馈。此外，不连续的电流脉冲有助于在表面中释放耦接到输出轴的锁定工具。当输出轴再次自由时，电机扭矩超过施加在输出轴上的制动扭矩，电机转子的转速增加，电机转回到第一操作状态。
不利的是，电动机在第二操作状态中的操作是非常耗能的并且导致电池的充电水平快速降低，在这种情况下可能无法始终保持如期望的那样高的电压。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种用于操作机加工工具的方法和机加工工具，可以在有利的长时间段内使用期望高的电压在第二操作状态下操作机加工工具。
该问题通过根据权利要求1的用于操作机加工工具的方法解决。
因此，提出了用于操作具有电池和电动机的机加工工具的方法，该电动机被设计成旋转地驱动可联接到工具的输出轴，提供了用于致动电动机的控制装置和用于确定参数的装置，该机加工工具可以在第一操作模式和第二操作模式下操作，并且当由装置确定的参数超过或低于限定的阈值时，所述控制装置将机加工工具从第一操作模式转移到第二操作模式。
根据本发明，控制装置在第二操作模式中通过包括电流脉冲的安培数曲线控制电动机，电流脉冲的最大水平由控制装置根据电池的实际充电状态而改变。
即使没有提供机械联轴器，使用根据本发明的方法操作的机加工工具以简单的方式为用户提供与具有机械联轴器的机加工工具相当的触觉反馈，例如在驱动轴被锁定的情况下。此外，与在每种情况下为了释放输出轴在第二操作模式中施加相同的高电流脉冲的机加工工具相比，通过提供具有不同最大安培数的不同电流脉冲，使用根据本发明的方法操作的机加工工具可以有利地在第二操作模式下长时间操作。如果提供机加工工具用于加工硬质材料，则联接到输出轴的工具例如钻头、螺丝刀、钻等可能突然停止。当机加工工具用于加工软材料但也用于加工硬材料时，例如随着钻孔的进行，施加到输出轴的扭矩增加，直到所述扭矩达到允许的阈值扭矩。此外，输出轴在启动期间也不能在指定的时间间隔内达到限定的最小速度，因此例如检测到在加工过程开始时已经检测到的钻头。在这些情况下，机加工工具从第一操作模式转换到第二操作模式。
机加工工具在第二操作状态下的节能操作是通过根据电池的实际充电状态调整最大电流脉冲水平来实现的，这样当充电状态下降时，功耗也降低，因此，机加工工具可以有利地在第二操作模式下长时间运行。此外，根据本发明的方法可以用于以简单的方式确保在以第二操作模式操作机加工工具的过程中电压安全地高于限定的阈值。
在根据本发明的方法的有利实施例中，在第二操作模式中施加到电动机的电流脉冲的最大水平不增加，并且特别是随着时间的推移而减小。
第一电流脉冲的最大水平和/或第二电流脉冲的最大水平可以是离散的，即例如分步的，或者，特别是在连续监测电池的充电状态的情况下，根据电池的充电状态连续调整。
在根据本发明的方法的特别有利的实施例中，在第二操作模式中向电动机施加第一电流脉冲和第二电流脉冲，第一电流脉冲的最大安培数的水平大于第二电流脉冲的最大安培数的水平。通过提供具有不同最大安培数的第一和第二电流脉冲，机加工工具可以在第二操作模式中以特别节能的方式操作，第一电流脉冲具有更大的最大安培数以释放输出轴或从特定表面连接到输出轴的工具。相比之下，第二电流脉冲具有较小的最大安培数，以便在机加工工具的第二操作模式下为用户提供与设计成具有机械联轴器的机加工工具相当的触觉反馈(当联轴器被释放时)。发现较低的最大安培数足以用于此目的。发生第一电流脉冲和第二电流脉冲的顺序，特别是基于特定的模式。
第一电流脉冲的最大安培数的水平和/或第二电流脉冲的最大安培数的水平可以根据电池的充电状态进行调整，特别是可以随着时间的推移而降低。
在根据本发明的方法的有利实施例中，电动机在第二操作模式中通过限定数量的第一电流脉冲和限定数量的第二电流脉冲交替地被控制，特别地重复该顺序。限定的顺序以简单的方式实现了期望的触觉反馈和以节能的方式传递到输出轴的期望扭矩，例如，提供该扭矩以释放被锁定在表面中的钻头。
如果在第二操作模式中交替地通过第一电流脉冲和随后的多个第二电流脉冲，尤其是两个至二十个，优选地五个至十四个，更优选八到十个，特别是九个第二电流脉冲来控制电动机，在触觉反馈和功率消耗方面是特别有利的。
为了能够在第二操作模式下将期望大的扭矩传递到输出轴并同时实现低功耗，有利的是，在第二操作模式下控制电动机使得第一电流脉冲的长度不同于第二电流脉冲的长度，特别是第一电流脉冲长于第二电流脉冲，并且优选地基本上是第二电流脉冲长度的两倍。这是基于以下知识：与第一电流脉冲相比较短的第二电流脉冲足以实现期望的触觉反馈，而较长的电流脉冲对于释放工具是有用的。
连续电流脉冲之间的时间间隔尤其可以对应于第一电流脉冲的长度。所有电流脉冲之间的间隔可以基本相同。
如果电动机在第二操作模式中被控制为使得第一电流脉冲的最大安培数比第二电流脉冲的最大安培数大25％至80％，特别优选地基本上大50％，则特别节能。第一电流脉冲的最大安培数与第二电流脉冲的最大安培数的比率也可以始终改变。
如果提供了机加工工具从第一操作模式到第二操作模式的转换，则有利的是，从机加工工具的第一操作模式开始进行，将基本上等于零值的安培数施加到电动机上持续限定的时间段内，然后过渡到第二操作模式，并且特别地将电动机停止。
例如，为了能够在将钻头从表面上释放后继续钻孔过程，在根据本发明的方法的一个有利实施例中，当由装置确定并施加到输出轴的扭矩小于阈值扭矩时，机加工工具从第二操作模式转换到第一操作模式。在这种情况下，例如可以通过指定的斜坡将电动机加速到期望的速度。
为了保护电动机免受损坏，如果电动机在大于预定阈值的时间段内处于第二操作模式，则可以停止电动机。结果，特别地保护了机加工工具免受由于机加工工具的部件，尤其是电子设备、转子或电动机匝的过热而造成的损坏。
在本发明的有利实施例中，该装置被设计成确定施加到输出轴上的扭矩，当该装置确定的扭矩小于限定的阈值扭矩时，机加工工具以第一操作模式操作，并且当由装置确定的扭矩超过限定的阈值扭矩时，控制装置将机加工工具从第一操作模式转换到第二操作模式。确定的扭矩对应于由装置确定的参数。该装置可以被设计为存储在控制装置中的算法，其基于输入参数例如电动机速度和实际存在的安培数计算或估计施加到输出轴的扭矩。
此外，该装置可以设计用于确定输出轴的加速度值，如果所确定的输出轴的加速度值超过限定的负加速度值并且输出轴因此被比限定的值更强烈地制动，则机加工工具从第一操作模式转换为第二操作模式。例如，如果钻头锁定在坚硬的表面上，尤其会发生这种情况。确定的加速度对应于由装置确定的参数。
此外，由装置确定的参数可以是驱动轴的转速，如果电机轴或输出轴的转速未达到指定时间段后限定的阈值速度，则机加工工具从第一操作模式转换为第二操作模式。结果，尤其可以确定，例如，与输出轴耦接的工具是否在机加工过程开始时已经锁定在表面中。
此外，上述问题通过根据权利要求15的机加工工具解决。
因此提出了一种机加工工具，其具有电池、设计用于旋转地驱动可联接到工具的输出轴的电动机、用于致动电动机的控制装置和用于确定参数的装置，所述机加工工具使用上面更详细描述的方法操作。
根据本发明的机加工工具具有以下优点：它可以以结构简单、成本低廉、重量优化和节能的方式为用户提供与具有机械联轴器的机加工工具相当的触觉反馈——如果施加到输出轴的制动扭矩大于限定的阈值扭矩并释放所述机械联轴器。
机加工工具在第二操作状态下的节能操作是通过根据电池的实际充电状态调整最大电流脉冲水平来实现的，这样当充电状态下降时，功耗也降低，因此，机加工工具可以有利地在第二操作模式下长时间运行。此外，可以确保在以第二操作模式操作机加工工具的过程中电压安全地高于限定的阈值。
附图说明
在以下对附图的描述中可以发现其它优点。在附图中示出了本发明的各种实施例。附图、说明书和权利要求书包含许多组合的特征。本领域技术人员将方便地单独考虑这些特征并且将这些特征组合以形成有意义的其它组合。
在附图中，相同和等同的部件具有相同的附图标记。
在附图中：
图1是具有电池、电动机和用于致动电动机的控制装置的机加工工具的极简化表示；
图2是用于操作根据图1的机加工工具的方法的简化流程图；
图3显示了表示在一段时间内电动机速度和作用在电动机上的安培数的简化图，该图显示了机加工工具首先在第一操作模式下操作，然后在第二操作模式下操作，最后再次进入第一种操作模式；
图4是安倍数曲线的一部分的简化视图，电动机在第二操作模式中被控制装置控制到该安倍数曲线；
图5是机加工工具电池充电状态与安倍数曲线的电流脉冲的最大安倍数之间的关系的简化图；和
图6是另一种安倍数曲线的一部分的简化视图，电动机在第二操作模式下由控制装置控制到该安倍数曲线。
具体实施方式
图1是根据本发明的用于操作机加工工具1，特别是充电式起子机、钻孔机等的方法的实施例的示例性流程图。机加工工具1具有电池2，其设置用于向机加工工具1的电动机3供电。电动机3被设计成旋转地驱动机加工工具1的输出轴4，输出轴4可以联接到工具5，例如钻头、钻孔头等。机加工工具1还具有用于致动电动机3的控制装置6，该控制装置6被设计成基于安培数以受控方式致动电动机3。机加工工具1还具有用于确定机加工工具1的参数，特别是施加到输出轴4的扭矩和/或输出轴4的加速度值的装置7。机加工工具1被设计成不具有机械联轴器，使得电动机3可操作地直接连接到输出轴4，可选地通过中间放置的齿轮。
机加工工具1可以以第一操作模式和第二操作模式操作。这将在下面更详细地讨论。
该方法以开始S开始。在第一步骤S1中，机加工工具1根据用户请求在第一操作模式中操作，第一操作模式例如对应于正常钻孔模式。
在第二步骤S2中，装置7检测限定的操作状态，在该操作状态中，在第一操作模式下的持续操作可能例如损坏电动机3，特别是由于过热。在这种情况下，装置7检测或确定例如施加到工具5的输出轴4的不期望的高制动扭矩，其超过指定阈值或阈值扭矩。例如，在提前的钻孔深度钻孔时可能发生这种情况。替代地，限定的操作状态可以由装置7检测，因为输出轴4的加速度的确定的绝对值大于限定的阈值并且工具5因此经历限定的制动。例如，当工具5被锁定时，这可能发生。
装置7例如可以设计为存储在控制装置6中的算法，其直接或间接地从其他输入值确定或计算或估计参数并将所述参数与限定的阈值进行比较。该参数可以是例如施加到输出轴4的扭矩或输出轴4的加速度值。
在相应地检测到限定的操作状态之后，在步骤S3中，电动机3被控制装置6制动到基本上为零的速度nmot。
控制装置6然后在步骤S4中将机加工工具1转换到第二操作模式，其目的是释放工具5并向用户提供触觉反馈，这与具有机械联轴器的机加工工具相当。下面更详细地讨论第二操作模式。
在工具5特别地再次被释放之后，即，例如，如果装置7检测到施加到输出轴4的扭矩小于限定的扭矩值，则在步骤S5中，控制装置6转换机加工工具1返回到第一操作模式，并且在步骤S6中又检查是否再次出现上述限定的操作状态。
在步骤E中，例如根据用户的请求结束该方法。
图2示出了钻孔过程的示例性顺序，电机速度nmot的曲线显示在上图中，而安倍数A随时间的实际曲线显示在下图中。安培数曲线基本上对应于施加到输出轴4的扭矩曲线。
机加工工具1在第一阶段P1中在第一操作模式下操作，电动机速度nmot基本上恒定地呈现为操作值nmot1并且操作电动机3所需的安倍数A低于阈值A阈值。还可以在控制装置6中估算施加的负载扭矩而不是安倍数A。
在时间点t1，安培数A增加到阈值A阈值和/或估计的负载扭矩增加到阈值M阈值。例如，这是由于工具5更深地进入表面和/或工具5锁定并卡在表面中的事实。限定的操作状态由控制装置6确定。为了保护电动机3免于过热或其他损坏，电机速度nmot随后在直到时间点t2的第二阶段P2中基本上设置为零值。
在接下来的第三阶段P3中，机加工工具1从第一操作模式转换到第二操作模式，其中控制装置6使用预限定的其一部分在图4中示出的安培数曲线对电动机3起作用。
电动机3在第二操作模式中由控制装置6基于其一部分在图3中示出的安倍数曲线控制，或者被调节到该安倍数曲线。安倍数曲线具有第一电流脉冲10和第二电流脉冲11，它们在当前情况下被设计为矩形脉冲。对于所有第一电流脉冲11，第二电流脉冲11的最大安倍数A2基本上是恒定的，在当前情况下安倍数A2比第一电流脉冲10的最大安倍数A1小大约50％。根据图4的第一电流脉冲10具有对应于电池2的完全充电状态的最大安培数A1。第一电流脉冲10的最大安培数A1根据电池2的充电状态而减小，另一个第一电流脉冲10'的最大安培数A1'小于最大安培数A1。图5示出了第一电流脉冲10的最大安培数对电池2的充电状态的依赖性的实例，第一电流脉冲10的最大安培数在当前情况下随着电池2的充电状态减小而以离散值减小。电池2的充电状态在图5中显示为电池2的最大充电状态的百分比。
替代地，当关于电池2的充电状态的当前或实际信息可用时，第一电流脉冲10的最大安培数也可以基本上连续地减小。
替代地或附加地，第二电流脉冲11的最大安培数也可以根据电池2的充电状态而减小。
第一电流脉冲10、10'在第一时间段T1延伸，在当前情况下，该第一时间段基本上是第二电流脉冲11的时间段T2长度的两倍。在当前情况下，两个连续电流脉冲10、10'、11之间的时间段T3基本上对应于第一电流脉冲10、10'的时间段T1。
在安倍数曲线中，九个第二电流脉冲11在当前情况下跟随第一电流脉冲10、10'。已经发现，这导致在与具有释放机械联轴器的机加工工具的触觉反馈相当的用户的期望触觉反馈和低功耗之间的有利折衷。特别地，第一电流脉冲10、10'向输出轴4施加扭矩，该扭矩旨在将工具5从锁定情形释放。
在根据图3的图中的时间点t3处，电极速度nmot在第四阶段P4中增加到时间点t4，这是由于工具的锁定情形被解除。随后，机加工工具1在从时间点t4开始的第五阶段P5中通过控制装置6返回到第一操作状态，在加速阶段之后电机速度nmot返回到值nmot1。
或者，如果机加工工具1在限定的时间段内的操作没有导致工具5的锁定被解除，则可以停止电动机3以防止电动机3过热。
图6示出了另一种设计的安培数曲线，与根据图4的安倍数曲线不同，其不具有彼此根本不同的两种类型的电流脉冲，而仅提供一种类型的电流脉冲12。电流脉冲12在当前情况下仅在最大安培数的水平上彼此不同，其以上述方式取决于电池2的充电状态并且在该情况下随着时间从值A1降低到值A4。第一电流脉冲10的最大安培数在当前情况下随着电池2的充电状态降低以离散值降低。
或者，安倍数曲线的单个或多个电流脉冲12可以比其他电流脉冲12延长更长的时间段，使得较长的电流脉冲需要更大的电流消耗，以将期望高的输出扭矩施加到输出轴4并且用于实现期望触觉反馈的其他电流脉冲与释放的机械联轴器相当。
或者，如果关于电池2的充电状态的当前或实际信息可用，则第一电流脉冲10、10'或电流脉冲12的最大安培数也可以基本上连续地减小。
附图标记列表
1 机加工工具
2 电池
3 电动机
4 输出轴
5 工具
6 控制装置
7 装置
10、10' 第一电流脉冲
11 第二电流脉冲
12 电流脉冲
A阈值 阈值
A1、A1'、A2、A3、A4 最大安倍数
nmot 电机速度
nmot1 电机速度的操作值
E、S、S1-S6 方法步骤
P1-P4 阶段
T1、T2、T3 时间段
t1到t5 时间点
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