发明内容

本发明涉及一种用于工具机的安全制动设备，该安全制动设备用于在使用者接近或触碰加工工具时制动借助马达经由轴驱动的加工工具。安全制动设备具有至少一个制动装置，所述制动装置构造为至少两件式的爪式联接器(或等效地为：爪式制动器)，所述爪式联接器具有第一爪式联接器部分和第二爪式联接器部分，其中，第一爪式联接器部分基本上抗扭转地、尤其也可轴向运动地布置在轴上，其中，第二爪式联接器部分设置为用于关于工具机基本上抗扭转地、尤其是基本上不可运动地布置，并且第一爪式联接器部分和第二爪式联接器部分分别具有多于一个的齿部元件，其中，齿部元件设置为用于在制动过程中彼此啮合并且由此将轴的旋转制动、尤其是停止或锁止。

“安全制动设备”尤其应理解为如下设备，该设备在加工工具对于操作者而言成为危险的状况下借助至少制动装置将加工工具制动或停止。尤其地，安全制动设备在使用者接近或触碰加工工具时制动加工工具。在一个实施方式中，安全制动设备还包括计算单元和传感器单元，其中，计算单元与传感器单元的至少一个传感器通信，其中，该传感器设置为用于探测对于操作者而言的危险、尤其是探测操作者接近加工工具和/或操作者触碰加工工具。安全制动设备的电子装置可以在探测到操作者接近加工工具之后和/或在探测到操作者与加工工具接触之后例如触发促动器元件，该促动器元件在使用制动装置的情况下触发制动过程。促动器元件尤其可以实现为制动装置的组成部分或者也可以单独实现。在一个实施例中，促动器元件可以构造为行程单元，所述行程单元主动地使爪式联接器的两个爪式联接器部分中的至少一个运动，以便在制动过程中使两个爪式联接器部分彼此接合并且由此将轴的旋转制动、尤其停止。这种促动器元件对于本领域技术人员而言由现有技术已知。至少两个爪式联接器部分中的至少一个爪式联接器部分的主动运动在此例如可以通过杠杆元件、弹簧元件、传动元件或诸如此类来实现。

“设置”尤其应理解为专门地配备、设计和/或编程。

“工具机”应理解为原则上任意的工具机，该工具机具有借助马达经由轴、尤其是从动轴驱动的、可转动地受支承的加工工具。加工工具尤其也可以实现为工具容纳部。加工工具基本上抗扭转地与从动单元连接或者至少在工具机的运行状态中基本上抗扭转地可与从动单元连接，例如通过工具容纳部连接，从而转矩可从从动单元、尤其是从动轴传递到加工工具上。“基本上抗扭转地”在这方面应理解为：加工工具在制动过程中相对于从动单元进行小于15°、尤其地小于10°、极尤其地小于5°的相对旋转。转矩由驱动单元、例如电动机、尤其是无刷直流电动机(EC-电动机)和/或对于本领域技术人员而言显得有意义的其他马达来产生。轴、尤其是从动轴可以在使用传动装置或联接器的情况下或者也可以在没有这种连接元件的情况下与驱动单元连接。这种工具机的示例尤其包括钻机、马达式长柄镰刀(Motorsensen)、割草机、圆锯、台式圆锯、断木锯斜切锯或对于本领域技术人员显得有意义的其它工具机。在一个实施方式中，工具机可以实现为手持式工具机，例如实现为无线的、蓄电池驱动的手持式圆锯或诸如此类。在一个实施例中，工具机可以实现为手持式圆锯，该手持式圆锯具有借助马达经由轴驱动的、构造为圆锯片的加工工具并具有传感器板，该传感器板感测人体皮肤与加工工具的接触。

“轴”、尤其是从动轴能够通过该轴围绕其(轴向)纵轴线的转动来实现加工工具的旋转。典型地，所有其他自由度、尤其是沿轴的圆形横截面的径向方向或沿轴的轴向方向的运动在结构上被禁止。

“制动装置”应理解为如下装置，该装置用于在探测到操作者接近或触碰加工工具的情况下使加工工具的旋转制动或停止。根据本发明，制动装置实现为至少两件式的爪式联接器(或者与此等效地为：爪式制动器)。“两件式的爪式联接器”应理解为如下联接器，所述联接器通过形状锁合的联接起作用，其方式是，使两个制动装置部分上的齿部元件彼此啮合，并且因此能够由于两个爪式联接器部分相对彼此的相对运动、尤其是由于两个爪式联接器部分在旋转方向上相对比此的相对运动而实现力矩传递。通过借助爪式联接器实现安全制动设备，可以利用形状锁合的连接，以便以特别快速且可靠的方式执行制动过程。第一爪式联接器部分基本上抗扭转地布置在轴上、尤其是从动轴上。在一个实施方式中，第一爪式联接器部分能够可轴向运动地布置或者在另一实施方式中也能够不可轴向运动地布置在从动单元上。第二爪式联接器部分设置为用于基本上抗扭转地与工具机的另一组成部分、尤其例如壳体、传动装置壳体、马达壳体或工具机的另一结构连接并且因此关于工具机至少基本上抗扭转地布置。在一个实施方式中，第二爪式联接器部分可以设置为用于基本上不可运动地与工具机的另一组成部分连接并且因此不仅仅是关于工具机基本上抗扭转地布置。在一个实施例中，第二爪式联接器部分实施成相对于工具机的马达壳体基本上不可运动。这样，尤其可以禁止第二爪式联接器部分关于工具机并且也关于轴、尤其是关于从动轴并且因此关于基本上抗扭转地与轴连接的第一爪式联接器部分的自由旋转。

“基本上抗扭转地”应理解为，相应的爪式联接器部分基本上不能在轴的、尤其是从动轴的周向方向上移动地(旋转地)或滑动地受支承。“第一爪式联接器部分基本上抗扭转地布置在轴上”应理解为，第一爪式联接器部分随着轴的、尤其是从动轴的转动运动与轴、尤其是从动轴连接，其中，通过“基本上”应允许轴与第一爪式联接器部分相对比的最大相对运动，该最大相对运动小于15°、尤其地小于10°、极尤其地小于5°。在一个实施例中，第一爪式联接器部分的最大允许的相对运动为12.5°。尤其地，该相对运动仅在对第一爪式联接器部分施加非常大的转矩时才出现，如在突然的制动过程中可能出现的那样。

“第二爪式联接器部分关于工具机基本上抗扭转地布置”应理解为，应允许工具机的固定有第二爪式联接器部分的组成部分与第二爪式联接器部分相对彼此的最大相对运动，该最大相对运动小于30°、尤其地小于10°、极尤其地小于5°。在一个实施例中，第二爪式联接器部分的最大允许的相对运动为15°。

“可轴向运动/不可轴向运动”应理解为，第一爪式联接器部分以在轴、尤其是从动轴的轴向方向上可移动或不可移动的方式受支承。

“齿部元件”应理解为第一爪式联接器部分和第二爪式联接器部分的由结构决定的凸起，这些凸起设置为用于彼此啮合。在此，一个爪式联接器部分的齿部元件同时构成容纳另一爪式联接器部分的齿部元件的凹部，使得在爪式联接器部分相互作用时，凸起(齿部元件)和凹部(相邻齿部元件之间的凹陷)形成彼此互补地布置的配对。齿部元件在制动过程的情况下这样彼此啮合，使得通过在与轴基本上抗扭转地布置的(随着旋转的)第一爪式联接器部分和相对于轴至少基本上抗扭转地布置在工具机上的第二爪式联接器部分之间的力矩传递可以产生如下力矩传递，该力矩传递抵抗第一爪式联接器部分的旋转运动并且由此将轴的旋转制动、尤其制动或停止。在一个实施方式中，齿部元件是等距的并且尤其这样设置在相应的爪式联接器部分上，使得它们关于轴的、尤其是从动轴的转动轴线相对于该转动轴线旋转对称地布置。这样，可以限定相邻齿部元件之间的角距Δ，其中，角距Δ是从轴的转动轴线观察位于这两个齿部元件之间的角度Δ。如果两个齿部元件例如相对置地(关于轴的转动轴线)相对彼此布置在一个爪式联接器部分上，则其角距Δ为180°。因此，在角距为360°的情况下，爪式联接器件仅具有一个齿部元件，而在相应的角距为180°的情况下具有两个齿部元件并且在相应的角距为40°的情况下具有九个齿部元件。

本发明基于如下认知，在设计安全制动设备的制动装置时，齿部元件的数量和分布、尤其是关于相应的爪式联接器部分的基本上圆形的周边而言的数量和分布(由在爪式联接器部分旋转时齿部元件的环绕方向来限定)特别重要，以便实现对制动装置的最大可容忍的反应时间(制动时间)的规定。

尤其地，相邻的齿部元件之间的角距Δ一方面应选择得尽可能小，以便能够设置大数量的齿部元件。大数量的齿部元件使得能够减小轴连同第一爪式联接器部分直到第一和第二爪式联接器部分的两个齿部元件啮合之前必须转动的转动角度。小的转动角度对应于直到两个爪式联接器部分在制动过程中彼此接合为止的低的制动持续时间Δt(即最大可容忍的制动持续时间或反应时间)。然而，大数量的齿部元件也引起齿部元件的(沿环绕方向的)小宽度并且因此引起齿部元件的减小的稳定性。尤其地，齿部元件的过小的宽度可能导致，制造方法不再能经济地实施和/或齿部元件在制动过程期间变形或甚至断裂。因此，在齿部元件的数量、角距和宽度方面优化的布置是值得期望的。

根据本发明，第一爪式联接器部分和/或第二爪式联接器部分的彼此相邻的齿部元件的最大角距Δ_max根据轴、尤其是从动轴的最大转速来确定。在此，“最大角距Δ_max”指两个相邻齿部元件的最大可观察的距离(关于对应的爪式联接器部分的转动轴线并且因此关于轴、尤其是从动轴的旋转轴线)。轴、尤其是从动轴的“最大转速”是通过工具机的结构和参数化所预给定的参量。例如，示例性的手持式圆锯的最大转速为每分钟5000转(U[rpm]，对应于每秒83.3转(U[rps]))。因此，提出一种安全制动设备的专门地且特别地匹配于工具机的参数化或设计的制动装置。在此，两个相邻齿部元件的最大角距Δ_max在齿部元件在制动过程期间的最大“啮合时间”的意义上限定了最大制动时间，即直到两个齿部元件在触发制动过程之后彼此啮合并且相对彼此作用而使得轴的、尤其是从动轴的进一步旋转被制动或锁止所经过的时间。大数量的齿部元件引起(在爪式联接器部分的周边上的)各个齿部元件之间的相对小的角距。因此，齿部元件也可以沿旋转方向(即，沿爪式联接器部分的周向方向)仅具有较小的材料厚度。

在安全制动设备的一个根据本发明的实施方式中，根据函数Δ_max＝U[rps]·360°·Δt给出第一爪式联接器部分和/或第二爪式联接器部分的彼此相邻的齿部元件的最大角距Δ_max。在此根据本发明，最大角距(沿环绕方向)可根据最大的转速U[rps]和预给定的、尤其是要最大容忍的制动持续时间Δt来给出。在一个实施方式中，Δt<5毫秒、尤其地Δt<3.0毫秒、极尤其地Δt<1。在一个实施例中，Δt＝2.8毫秒。以这种方式能够实现安全制动设备的特别快速反应的制动装置。例如对于手持式圆锯的示例性的最大转速83.3U[rps](在此：相应于每秒5000U[rpm])以及Δt<1毫秒的容许最大制动持续时间，得到彼此相邻的齿部元件的等于或者小于30°的最大角距Δ_max。要最大容忍的制动持续时间Δt仅涉及两个爪式联接器部分的相互作用时间，但是不考虑其他时间份额，如其例如由于通过触发促动器元件引起的延迟所产生那样。只有利用上述的短的制动持续时间才能实现令人满意的总制动时间(包括从触碰起的所有时间份额，也就是说包括由传感装置、促动装置引起的延迟和实际的制动持续时间Δt)，该总制动时间小于10毫秒，尤其地小于7毫秒，极尤其地小于5毫秒。要注意的是，时间说明(Zeitangabe)分别是没有制造公差的说明。

在安全制动设备的一个根据本发明的实施方式中，第一爪式联接器部分和/或第二爪式联接器部分的齿部元件的数量α根据函数给出，其中，U[rpm]为最大转速(在此：每分钟的转速)并且γ和ε为常数，其中，尤其γ＞1.2和ε＞80000，优选γ＞1.5和ε＞170000，特别优选γ＞1.7和ε＞300000。以这种方式，根据最大转速和期望的(即最大可容忍的)制动持续时间Δt给出齿部元件的优选比例。

下表总结了齿部元件的优选数量与最大转速U[rpm]的关系(取整的值)：

在安全制动设备的一个根据本发明的实施方式中，第一爪式联接器部分与第二爪式联接器部分(或者相反地)的齿部元件数量α的比例为整数，尤其是1或2或3。在一个替代的实施方式中，该比例可以是4或5。尤其地，不同于1的比例使得能够尤其允许由制造引起的偏差。例如，由制造引起地可能需要的是，由于不同的制造方法(锻造、挤压、烧结等)，爪式联接器部分具有不同数量的多个齿部元件。

在安全制动设备的一个根据本发明的实施方式中，第一爪式联接器部分和/或第二爪式联接器部分的齿部元件的最大宽度β(沿环绕方向看)根据齿部元件的数量来确定。尤其地，根据函数β＝θ·α^-σ给出第一爪式联接器部分和/或第二爪式联接器部分的齿部元件的最大宽度β(即，沿环绕方向求取)，其中，尤其θ≈218和σ≈1.311。因此可以实现，齿部元件具有有利的宽度，该有利的宽度可以以简单的方式在一制造工艺中实现。此外可以确保，齿部元件的宽度这样选择，使得在齿部元件的优选数量的情况下其宽度不会选择得过小，从而可以避免齿部元件在制动过程期间断裂。

下表总结了齿部元件的优选宽度与其数量(取整的值)的关系：

通过根据使用安全制动设备的工具机的从动轴的转速在制动过程期间啮合的齿部元件的数量和分布方面根据本发明对安全制动设备进行设计，能够在考虑制动装置的稳健性、反应时间、制动时间等的情况下实现特别有利的制动作用或制动效率。尤其地，通过安全制动设备的制动装置的根据本发明的构型，可以以在结构上特别简单的方式实现特别高的制动效率，即，在触发制动过程直至加工工具的停止状态之间可以实现特别短的时间。在触发促动器元件之后，制动装置特别快速地做出反应，以便在介入运动的加工工具的情况下避免或完全防止操作者受伤。此外，可以在结构上特别简单地并且因此也特别可靠地实现安全制动设备的制动装置。

此外，本发明涉及一种工具机、尤其是手持式工具机、尤其是具有构造为圆锯片的加工工具的手持式圆锯，该工具机包括根据本发明的安全制动设备。以这种方式，为了制动加工工具的运动、尤其是旋转，实现了在触发制动过程直至加工工具停止之间所求取的特别短的制动时间(＝爪式联接器的接合时间)。尤其地，该最大制动时间Δt<5毫秒、尤其地Δt<3.0毫秒、极尤其地Δt<1.5。因此，可以明显提高工具机的使用者的安全性。

在工具机的一个实施例中，工具机还具有传感器板，该传感器板探测使用者接近或触碰加工工具、尤其是人体皮肤与加工工具的接触。工具机的电子装置在探测到使用者接近或触碰加工工具之后对促动器元件通电，该促动器元件触发制动过程。在一个实施例中，促动器元件能够构造为行程单元，所述行程单元主动地使爪式联接器的两个爪式联接器部分中的至少一个爪式联接器部分运动，以便在制动过程中使两个爪式联接器部分彼此接合并且由此将轴的旋转停止、尤其是锁止。在此，“行程单元”理解为一个或多个元件，所述元件在施加激活能量、例如电流形式的激活能量时能够突然地轴向伸出并且使爪式联接器中的至少一个爪式联接器部分突然地、尤其在小于5毫秒的时间内轴向地运动，以便使这两个爪式联接器部分彼此接合。这种行程单元或其它促动器元件对于本领域技术人员而言由现有技术已知。