DE69417179T2

DE69417179T2 - Verbesserungen an und in Bezug auf angetriebene Werkzeuge

Info

Publication number: DE69417179T2
Application number: DE69417179T
Authority: DE
Inventors: David Martin Shaw
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-09-29
Also published as: EP0659525B1; CN1055426C; EP0659525A3; JP2005231032A; EP0811466A2; ES2178738T3; CA2133244C; GB9320181D0; CA2133244A1; CN1105614A; EP0811466A3; ES2129590T3; EP0811466B1; JPH07178678A; EP0659525A2; US5563482A; DE69431366D1; JP3725568B2; DE69417179D1; DE69431366T2

Description

Die Erfindung betrifft kraftgetriebene Schraubendreher und kraftgetriebene Bohrmaschinen mit einer Schraub-Einrichtung, die hier als "Bohrschrauber" bezeichnet werden, bzw. ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Bohrschraubers.
Die wirkungsvolle und wirtschaftliche Verwendung von kraftgetriebenen Werkzeugen hängt von der korrekten Auswahl der Bedingungen ab, unter denen das Werkzeug betrieben werden soll. Beispielsweise hängt bei einer kraftgetriebenen Bohrmaschine die Drehgeschwindigkeit des Bohreinsatzes von der Bohrergröße und von dem Material des Werkstückes ab, bei dem die Bohrmaschine angewendet werden soll. Beim Schrauben wird die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers entsprechend der Schraubengröße bestimmt. Es ist ebenfalls wichtig, das Werkzeug anhalten zu können, wenn die Schraube vollständig eingeschraubt worden ist, um eine Überlastung des Werkzeug-Antriebsmotors oder eine Beschädigung des Werkstückes zu verhindern.
Es ist vorgeschlagen worden, eine elektronische Einrichtung zu verwenden, um auf Basis von Informationen, die der Einrichtung von einem Benutzer zugeführt werden, die Drehgeschwindigkeit des Motors zu bestimmen, durch den die Werkzeug-Aufnahme eines kraftgetriebenen Werkzeugs angetrieben wird, wobei durch diese Einrichtung auch die eingestellte Geschwindigkeit auf einem konstanten Wert gehalten und die Bedingungen überwacht werden, unter denen das kraftgetriebene Werkzeug betrieben wird. Insbesondere kann die Einrichtung das Drehmoment überwachen, das durch das Werkzeug aufgebracht wird, und arbeiten, um den Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs für den Fall abzuschalten, daß das Drehmoment einen Sicherheitswert übersteigt, jedoch waren die früheren Vorschläge nicht vollständig wirkungsvoll.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kraftgetriebenes Werkzeug mit einer wirkungsvolleren Drehmomenterfassung und Steuerungsanordnung zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf den Resultaten von Überprüfungen des Stromes, der während des Betriebes durch den Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs fließt, und insbesondere des Stromes, der durch den Motor eines Bohrschraubers, wie er hier definiert ist, fließt, wenn dieser betätigt wird, um eine Schraube in ein Werkstück zu schrauben. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen bezug genommen, die einen Graphen zeigt, in dem Änderungen des Motorstromes (vertikale Achse) über die Zeit (Längsachse) dargestellt sind, die während eines Schraub-Betriebes stattfinden. Die Form des Graphen ist im wesentlichen für alle erlaubten Schraubengrößen gleich, gleichwohl hängen die tatsächlichen Stromwerte von der Schraubengröße ab. Während der Periode T1 gibt es einen allmählichen Anstieg des Motorstromes, wenn die Schraube die Oberfläche durchdringt und beginnt, in ein Werkstück einzudringen, da es zu einem allmählichen Anstieg des Drehwiderstandes kommt, der der Schraube entgegenwirkt. Dann folgt eine Zeitperiode T2, während der der Stromfluß im wesentlichen konstant ist, wenn das Schraubengewinde eindringt und weiter in das Werkstück gedreht wird. An dem Ende der Zeitperiode T2 ist die Schraube fast vollständig eingeschraubt, und der Schraubenkopf kommt mit der Oberfläche des Werkstückes in Anlage. Da der Druck zwischen dem Schraubenkopf und der Oberfläche ansteigt, kommt es zu einem schnellen Anstieg des Motorstromes während der Zeitperiode T3, an deren Ende die Schraube vollständig eingeschraubt ist, und es dann wichtig, den Werkzeugmotor abzuschalten.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Strom in dem Motor des Werkzeugs überwacht und der Vorteil des schnellen Stromanstiegs genutzt, wenn der Kopf der Schraube mit dem Werkstück in Kontakt kommt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Bohrschrauber daher eine drehbare Welle, die zur Anbringung eines Schraubeinsatzes ausgestaltet ist,
einen Motor, um die Welle drehend anzutreiben, eine Einrichtung zum Überwachen des Stromes in dem Motor oder zum Überwachen eines Parameters, der zumindest teilweise mit dem Strom in dem Motor in Beziehung steht, und
eine Einrichtung, die auf eine erfaßte Änderung anspricht, die einem Anstieg der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in dem Motor entspricht, und die wirkt, um den Motor anzuhalten.
Beispielsweise kann der Bohrschrauber eine Geschwindigkeitssteuerung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors enthalten. Die Einrichtung zum Überwachen des Stromes oder anderer Parameter kann dann den Stromverbrauch des Motors überwachen.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Motor ein Wechselstrom-Motor sein; wobei die Drehgeschwindigkeitssteuerung eine spannungsgesteuerte Gleichrichtereinrichtung enthalten kann (ebenso bekannt als torgesteuerte Gleichrichtereinrichtung), wie zum Beispiel einen Triac-Zweirichtungs-Gleichrichter, um einen "Leistung-Ein"-Bereich oder Bereiche von jedem Wechselstrom-Zyklus zu steuern, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen. Die Einrichtung zum Überwachen des Stromes oder anderer Parameter kann dann eine Einrichtung enthalten, um die Dauer von jedem "Leistung-Ein"-Bereich zu überwachen. Das kann durch Überwachen der Durchlaß-Zeit der spannungsgesteuerten Gleichrichtereinrichtung erfolgen oder durch Überwachung der relativen Phase (Zeitverzögerung), bei der die spannungsgesteuerte Gleichrichtereinrichtung ausgelöst wird. Die Dauer des "Leistung-Ein"-Bereiches wird zu der Belastung in Beziehung gesetzt, unter der der Motor betrieben wird, und somit zu dem Stromverbrauch des Motors.
In einigen Fällen kann gewünscht sein, den Schraub-Betrieb fortzusetzen, nachdem die Geschwindigkeit der Stromänderung angestiegen ist, und daher ist in einem Ausführungsbeispiel eine Zeitverzögerung in den Steuerungsmechanismus eingefügt, um beispielsweise nach einer Sekunde den Motor abzuschalten. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Bohrschrauber mit einem manuell betätigbaren Umgehungsschalter ausgerüstet sein, so daß der Benutzer entweder eine automatische Abschaltsteuerung oder eine manuelle Steuerung auswählen kann.
Die Einrichtung zum Überwachen des Stromes oder anderer Parameter und die Einrichtung zum Anhalten des Motors kann in bestimmten Hardware-Schaltungen implementiert und/oder durch Prozessor-Einrichtungen (beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein Mikro-Controller) programmiert und durch Software konfiguriert sein.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren nach Anspruch 10.
Nun wird anhand eines einzigen Beispiels ein Ausführungsbeispiel eines kraftgetriebenen Hand-Bohrschraubers gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von einem Teil des Bohrschraubers ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Display-Konsole und eine Tastatur des Bohrschraubers ist,
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm der Steuerungseinrichtung des Bohrschraubers ist,
Fig. 4 und 5a/b erläuternde Diagramme sind, und
Fig. 6a/b/c Flußdiagramme sind, die die Steuerung des Bohr schraubers darstellen.
Der Bohrschrauber, der in Fig. 1 gezeigt ist, hat ein allgemein übliches äußeres Erscheinungsbild, mit einem Körper 1 und einem Handgriff 2 mit einem Auslöser 3, der einen in dem Hand griff 2 aufgenommenen EIN/AUS-Schalter steuert. Der Auslöser 3 enthält außerdem einen Umkehrschalter (nicht gezeigt), obwohl, falls gewünscht, die Wahl der Drehrichtungsumkehr außer während eines Schraub-Betriebes verhindert werden kann. Ein Bohrfutter 4 ist abnehmbar an dem Ende einer Antriebswelle 5 angebracht, die sich aus dem Körper 1 heraus erstreckt, wie gezeigt ist.
An der oberen Fläche des Körpers 1 sind in einer Position, die für einen Benutzer leicht zugänglich und leicht einsehbar ist, eine Tastatur 6 und ein Display angeordnet, zum Beispiel ein Flüssigkristalldisplay (LCD), die zusammen eine Display- Konsole 7 ausmachen. Die Display-Konsole 7 ist Teil einer Einheit, die in dem Körper 1 aufgenommen und zwischen den Gehäusehalbschalen gehalten ist, die den Körper 1 und den Handgriff 2 ausmachen.
Die Tastatur 6 hat zwei Tasten, die von einer Membran überdeckt sind, die die aktuellen Tasten überdeckt und hochstehende Bereiche 8, 9 in der Form von Pfeilspitzen hat, durch die die einzelnen Tasten bezeichnet sind. Damit ein Benutzer leicht erkennen kann, welche Taste zu benutzen ist, zeigen die Pfeilspitzen 8, 9 nach oben bzw. nach unten und tragen die Bezeichnungen "+' und "-". Unter den hochstehenden Bereichen sind die bewegbaren Elemente der Tastenschalter angeordnet. Solche Elemente können Blöcke aus leitfähigem Gummi enthalten, die an der Membran angebracht oder mit dieser integriert sind und die mit feststehenden Kontakten auf einer Fläche unter der Membran zusammenwirken, um die Tastenschalter zu bilden. Ein nach unten gerichteter Druck auf einen hochstehenden Bereich der Membran 5 bringt den Block aus leitfähigem Gummi in elektrischen Kontakt mit dem jeweils feststehenden Kontakt oder dem Leitermuster auf der gedruckten Leiterplatte. Sobald der Druck weggenommen wird, bewegt sich der Block weg von dem feststehenden Kontakt.
Das LCD 10 bildet einen Teil der Display-Konsole 7, die benachbart zum Display 10 Spalten 12, 13, 14, 15 hat, die jede mit einer Anzahl von Nummern versehen sind, die Bohrergrößen sind, die in Millimetern ausgedrückt sind. Die Nummern sind, wie gezeigt, in horizontalen Zeilen angeordnet. Am Kopf jeder Spalte sind Symbole 16, 17, 18, 19 vorgesehen, die jeweils Metall-Werkstücke, Stein-Werkstücke, Holz-Werkstücke und Aluminium-Werkstücke angeben. Unterhalb der Spalten sind zwei horizontale Abschnitte 20 und 21 vorgesehen, die symbolische Darstellungen von Schrauben verschiedener Größen und die Buchstaben "ATC" (automatische Drehmomentsteuerung) enthalten. An der oberen rechten Kante von dem Display 10 ist ein Symbol 22, das eine Polier- oder Drahtbürste darstellt. Auf der rechten Seite des Displays 10 in Richtung auf das untere Ende ist ein Satz von Symbolen 23, 24, 25, 26, die jeweils einen Lochschneider, Metall-Werkstücke, Aluminium-Werkstücke und Holz-Werkstücke darstellen. Auf der Fläche der Display-Konsole nahe der Symbole 23 ... 26 ist eine zweiteilige Pfeilspitze 27 eingraviert, deren Spitze direkt unter einer horizontalen Linie 28 endet.
An dem unteren Ende der Display-Konsole, wie in Fig. 2 zu sehen, ist die Markierung mm (Durchmesser).
Das LCD 10 enthält eine Reihe von zwölf Balkensegmenten, die übereinander angeordnet sind. Die Segmente werden sichtbar, wenn die Schalter von einem Benutzer betätigt werden, wobei Drücken auf den "+"-Schalter bewirkt, daß die Anzahl der sichtbaren Segmente vom Boden des Displays her ansteigt, während ein Drücken des "-"-Schalters die umgekehrte Wirkung hat. Das Drücken von beiden Schaltern gleichzeitig bewirkt, daß der Motor mit maximaler Geschwindigkeit läuft. In Fig. 2 sind bei 29 beispielsweise 3 sichtbare Segmente gezeigt. Wie Fig. 2 gesehen werden kann, sind die Segment so in dem Display angeordnet, daß sie, wenn sie sichtbar sind, mit verschiedenen horizontalen Zeilen der Anzahl von Spalten 12 ... 15 ausgerichtet sind. Die Display- Konsole 7 ermöglicht es dem Benutzer, die optimale Geschwindigkeit (mit automatischer Drehmomentsteuerung beim Schrauben) für kleine oder große Schrauben (wie durch die Abschnitte 20, 21 bezeichnet) oder für das Bohren in Metall, Stein, Holz oder Aluminium (wie durch die Bezeichnungen 12, 13, 14, 15 angegeben) oder zum Polieren/Drahtbürsten (wie durch Bezeichnung 22 angegeben) oder zum Lochschneiden (wie durch Bezeichnung 23 zusammen mit den Bereichsangaben 24-28 angegeben) auszuwählen.
Unter dem unteren Ende, wie in Fig. 2 zu sehen, des LCD- Displays ist eine Markierung 200 RPM (die minimale Motordrehzahl) in der gleichen horizontalen Zeile wie die Markierung mm vorgesehen. Über dem oberen Ende des Displays ist die Markierung 2600 RPM (die maximale Motordrehzahl) vorgesehen.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm der Werkzeugmotor-Steuerungsschaltung, die einen Mikroprozessor 30 enthält, zum Beispiel vom Typ 50927, der von der Mitsubishi Company in Japan hergestellt wird. Die Tasten der Tastatur unter den Pfeilspitzen 8, 9, die in Fig. 2 gezeigt sind, sind durch 31 bzw. 32 bezeichnet und führen direkt zum Mikroprozessor 30. Der Block 33 stellt eine Rücksetz-Schaltung dar, deren Funktion nachfolgend beschrieben ist. Block 34 ist das LCD 10, dessen Segmente direkt von dem Mikroprozessor 30 angesteuert werden, wie gezeigt. Die Steuerungsschaltung wird von einem Festnetz an den Anschlüssen 35, 36 über eine Stromversorgungseinheit gespeist, die als Block 37 gezeigt ist und die Hauptspannung auf Werte absenkt, die von der Steuerungsschaltung benötigt werden, und die gleichzeitig die herkömmliche Spannungsstabilisierung bewirkt. Quer zu den Anschlüssen 35, 36 ist der Anker 38 des Werkzeug-Antriebsmotors und dessen in Reihe geschalteten Feldwicklungen 39 angeschlossen. Der über der Auslöser betätigte Motorsteuerungsschalter ist bei 40 gezeigt. Die Stromzufuhr zu dem Motor wird durch einen Triac 41 geregelt, der in Reihe mit dem Motor geschaltet ist und dessen Zündwinkel durch den Mikroprozessor 30 über eine Steuerungsschaltung gesteuert wird, die bei Block 42 in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel enthält die Steuerungsschaltung 42 einen programmierbaren Zeitgeber, der von dem Mikroprozessor 30 mit einer 4-Bit-Zeitverzögerungs eingabe versorgt wird. Die Zeitverzögerung entspricht der Phasenwinkelverzögerung, bei der der Triac 41 in den leitenden Zustand geschaltet wird. Die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Motors wird durch den Mikroprozessor zusammen mit einer Motorwellengeschwindigkeit-Meßschaltung bewirkt, die durch Block 43 dargestellt ist. Die Schaltung 43 erhält eine Eingabe von einer Geschwindigkeit-Meßeinrichtung (nicht gezeigt), die mit der Motorwelle in Beziehung steht und ein optischer Sensor sein kann, der eine geschlitzte Scheibe, die an der Welle angebracht ist, und eine Lichtquelle enthält, die angeordnet ist, um Licht durch die geschlitzte Scheibe auf eine lichtempfindliche Einrichtung zu lenken. Alternativ kann der Sensor ein magnetischer Sensor, zum Beispiel ein Hall-Effekt-Sensor, oder eine Spule sein.
Die Steuerungsschaltung bewirkt außerdem einen sanften Start bei allen Betriebsarten, einen Anti-Rückschlagschutz bei allen Betriebsarten, eine Drehung in entgegengesetzte Richtung, die nur in der Schraub-Betriebsart erlaubt ist, und einen nachfolgenden Betrieb des Anti-Rückschlagschutz.
In der Steuerungsschaltung ist außerdem ein Wärmeschutz des Motors enthalten, und zwar mit Hilfe eines Thermistors oder eines Thermostaten, der als Block 44 gezeigt ist und ein Signal erzeugt, das der Motortemperatur entspricht.
Wenn der Bohrschrauber in der Bohrer-Betriebsart betrieben wird, ermöglicht es die Steuerungsschaltung dem Benutzer, die optimale Geschwindigkeit für die Bohrergröße und das Werkstückmaterial auszuwählen, und sie hält diese Geschwindigkeit trotz Veränderungen der auf den Motor wirkenden Belastung konstant.
Wenn der Bohrschrauber in der Schraub-Betriebsart betrieben wird, ermöglicht die Steuerungsschaltung die Auswahl von kleinen oder großen Schrauben sowie einer automatischen Drehmomentsteuerung.
In der Lochschneide-Betriebsart ist eine Auswahl und Steuerung der optimalen Geschwindigkeit vorgesehen.
Sowohl in der Polier- als auch der Drahtbürsten-Betriebsart hält die Steuerungsschaltung die Motorgeschwindigkeit trotz Veränderungen der auf den Motor wirkenden Belastung auf einem konstanten Wert.
Das Bezugszeichen 45 stellt Informationskontakte an den Umkehrschalter dar.
Wenn, wie vorstehend erläutert, eine Schraub-Betriebsart durchgeführt wird, ist es wichtig, den Werkzeugmotor anhalten zu können, wenn die Schraube vollständig eingeschraubt ist. Der Bohrschrauber enthält eine Drehmomentsteuerung, um diese Eigenschaft zu erreichen.
Fig. 5(a) und 5(b) sind Wellenformen, die die Durchlaß- Muster des Triacs zeigen, wenn (a) der Antrieb den Schaft der Schraube in das Werkstück einschraubt und wenn (b) der Kopf der Schraube mit dem Werkstück in Kontakt kommt. In diesen Wellenformen stellen die Linien F1 ... F6 einen Satz von Zündwinkeln dar, wobei die Zündwinkel eine Messung der Zeit sind, in der der Triac eingeschaltet ist (d. h. die Durchlaßzeit des Triacs), um das Bohrfutter des Antriebs mit einer vorgestimmten Geschwindigkeit zu drehen, wie beispielsweise 200 rpm. Wenn auf das Bohrfutter eine Last aufgebracht wird, dann wird die Durchlaßzeit erhöht, um die erforderliche Geschwindigkeit konstant zu halten. Wenn der Schaft in das Werkstück eingeschraubt wird, Fig. 5(a), ist die Durchlaßzeit (oder Zündwinkel), die durch den straffierten Bereich dargestellt ist, eher klein. Wenn der Schraubenkopf das Werkstück erreicht, ist jedoch ein wesentlicher Anstieg der Durchlaßzeit erforderlich, um die Geschwindigkeit konstant zu halten, wie durch den gestrichelten Bereich in Fig. 5(b) dargestellt. Der Mikroprozessor 30 ist programmiert, um die plötzliche Veränderung zwischen der Situation in Fig. 5(a) und der aus Fig. 5(b) zu erkennen und den Motor anzuhalten, wenn diese auf tritt.
Wie erläutert, stellen die Linien F1 ... F6 in Fig. 5(a) und (b) einen Satz von Zündwinkeln des Triacs dar, und durch Überwachung der Anstiegsgeschwindigkeit des Zündwinkels ist es möglich, genau den Zeitpunkt zu erfassen, bei dem es gewünscht ist, den Werkzeugmotor am Ende eines Schraub-Vorgangs abzuschalten. Jeder der Zündwinkel F1 ... F6 ist durch einen Wert definiert, in diesem Beispiel ein 4-Bit-Code, zum Beispiel ist der Winkel F1 durch den Code 0000, F2 durch den Code 0001, F3 durch den Code 0011 u. s. w. definiert. Die Definition des Zündwinkels erfolgt durch die Programmierung des Mikroprozessors.
Der Mikroprozessor ist auch programmiert, um die Änderungsgeschwindigkeit des Zündwinkels zu überwachen, und, wenn eine Veränderung von beispielsweise dem Winkel, der durch den Code 0110 definiert ist, zu dem, der durch den Code 1000 definiert ist, in einer vorbestimmten Zeitperiode stattfindet, dann wird der Werkzeugmotor abgeschaltet. Das zeigt, wie in dem aktuellen Beispiel der Motor angehalten wird, wenn eine erfaßte Veränderung vorliegt, die einem Anstieg der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in dem Motor entspricht. Das heißt, der Anstieg des Zündwinkels innerhalb einer vorbestimmten Zeit wird erfaßt, und dieser Zündwinkel ist ein solcher Parameter, der zumindest teilweise mit dem Strom in dem Motor in Beziehung steht. Die Zündwinkel-Codes, zwischen denen der Vergleich angestellt wird, werden ausgewählt, um diese am Anfang und am Ende der Zeitperiode T3 anzugeben, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Um den Bohrschrauber in Betrieb zu setzen, ist es zunächst erforderlich, ihn an eine Netzstromquelle anzuschließen. Dadurch wird ein Rücksetzen der Steuerungsschaltung durch ein Signal von der Rücksetzschaltung 33 eingeleitet. Das Rücksetzen umfaßt das Löschen von allen Speichern der Steuerungsschaltung, einschließlich derer des LCD 10, und das Hochsetzen von allen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen und Unterbrechungen.
Fig. 6a-c zeigen in Form eines Flußdiagramms ein Steuerungsprogramm für den Mikroprozessor 30. Beim Zurücksetzen, wie oben beschrieben, wird zunächst das Programm bei Schritt 50 gestartet, wo verschiedene Ausgangs-Werte für die Bohrmaschine gesetzt werden, wie beispielsweise die Ausgangs-Bohrgeschwindigkeit für die Display-Konsole 7.
Nach dem ersten Schritt 50 geht das Programm weiter zu Schritt 52, bei dem überprüft wird, ob der Schalter 40, der mit dem Auslöser 3 gekoppelt ist, betätigt wird. Wenn der Schalter nicht betätigt wird, durchläuft das Programm den Schritt 54, bei dem die Eingänge der Display-Konsole 7 implementiert werden, und das Programm kehrt zurück zu dem Überprüfungsschritt 52. Das Programm wiederholt diese Schleife bis der Benutzer den Auslöser 3 drückt, wodurch der Schalter 40 betätigt wird.
Wenn der Schalter 40 betätigt wird, geht das Programm weiter zu den weiteren Initialisierungsschritten 56 und 58, bei denen Steuerungsvariablen eingestellt werden, um die Betriebscharakteristiken des Bohrschraubers zu steuern. Ein Merkmal des Bohrschraubers ist das sanfte Anfahren des Bohrermotors, der allmählich die Motordrehzahl beschleunigt, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Um eine langsame Umdrehung zu erreichen, wird die Steuerungsschaltung 42 in Programmschritt 58 mit einem maximalen Zeitgeberwert geladen (der einer maximalen Verzögerung, bevor der Triac 41 gezündet wird, und daher einer minimalen Durchlaßzeit entspricht).
Die Geschwindigkeitssteuerung ist durch Programmschritte 60-70 implementiert, und das Merkmal des sanften Anfahrens ist durch eine Unterschleife in den Geschwindigkeitssteuerungschritten implementiert, wie durch die Schleifenrückkehr 72 angegeben. Schritt 60 überprüft, ob die Wechselstromversorgung den Wert Null schneidet, und, wenn nicht, dann wird der Schritt nur so lange wiederholt, bis ein Null-Durchgang erfaßt wird. Danach startet Schritt 62 die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42, um den Triac nach der vorbestimmten Zeitverzögerung zu zünden. Schritt 64 erneuert die Variablen für das sanfte Anfahren, wenn die Eigenschaft des sanften Anfahrens in Betrieb ist. In dem bestimmten Schritt 64 wird der Zeitverzögerungswert für die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42 vermindert, um die Durchlaßzeit des Triacs 41 zu erhöhen und damit die Motorgeschwindigkeit zu erhöhen. Schritt 66 überprüft, ob der Motor bereits die gewünschte Drehzahl erreicht oder annähernd erreicht hat, und, wenn nicht, geht das Programm über die Schleifenrückkehr 72 zurück zu Schritt 60. Wenn der Motor ungefähr die gewünschte Geschwindigkeit erreicht hat, dann geht das Programm weiter zu Schritt 68, der den Betrieb des sanften Anfahrens beendet. Die Schritte 68 und 70 führen ebenfalls eine Geschwindigkeitsüberwachungs- und Geschwindigkeitsstabilisierungsfunktion durch. Insbesondere wird ein Proportional-Integral-Differential (PID) Parameter berechnet, der die Differenz zwischen der aktuellen Motorgeschwindigkeit und der gewünschten Geschwindigkeit angibt. Schritt 70 erneuert den Wert für die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42 und stellt den erforderlichen Wert abhängig von dem PID-Parameter ein. Wenn die aktuelle Geschwindigkeit kleiner ist als die gewünschte Geschwindigkeit, dann wird der Zeitgeberwert abgesenkt, um die Durchlaßzeit des Triacs 41 zu erhöhen. Wenn die aktuelle Geschwindigkeit größer als die gewünschte Geschwindigkeit ist, dann wird der Zeitgeberwert erhöht, wodurch die Durchlaßzeit des Triacs 41 vermindert wird.
Wenn die Schraub-Option ausgewählt wurde, dann geht das Programm durch Schritt 74 zu der Eigenschaft der automatischen Drehmomentsteuerung, das durch die Programmschritte 76-90 implementiert ist. Schritte 76 und 78 führen auf Basis der Zeitverzögerung Berechnungen durch, die zu der Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42 ausgegeben werden, um einen Arbeitsanstieg (strombezogen) und einen aktuellen Anstieg (strombezogen) zu bestimmen. Der Arbeitsanstieg stellt den Anstieg dar, wenn der Schaft der Schraube in das Werkstück eingeschraubt wird (dargestellt durch den Bereich T2 in Fig. 4). Schritt 80 überprüft, ob der aktuelle Anstieg den Arbeitsanstieg übersteigt. Das Programm modifiziert dann abhängig von der Ausgabe der Überprüfung eine Variable, die als "Anstiegzähler" bezeichnet wird. Die Variable gibt die Anzahl der letzten Programmereignisse an, bei denen der aktuelle Anstieg den Arbeitsanstieg überschritten hat. Immer wenn der Überprüfungsschritt 80 angibt, daß der aktuelle Anstieg nicht größer als der Arbeitsanstieg ist, dann geht das Programm weiter zu Schritt 82, wo die Anstiegzählervariable dekrementiert wird. Schritte 84 und 86 überprüfen dann, ob die Variable unter Null gesunken ist, und, wenn ja, dann wird die Variable auf Null gesetzt. Immer wenn der Überprüfungsschritt 80 angibt, daß der aktuelle Anstieg größer ist als der Arbeitsanstieg, dann geht das Programm weiter zu Schritt 88, wo die Anstiegzählervariable inkrementiert wird. Schritt 90 überprüft dann, ob die Variable einen vorbestimmten Wert überschritten hat; in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Wert 5. Wenn der vorbestimmte Wert überschritten ist, dann ist dies ein Zustand, in dem die Bohrmaschine automatisch angehalten wird, und das Programm verzweigt dann zu einer Programmbezeichnung "Waitoff", die nachfolgend beschrieben ist. Wenn der vorbestimmte Wert nicht überschritten ist, dann wird der normale Programmablauf fortgesetzt.
Diese Technik mit der Anstiegzählervariablen implementiert daher eine kurze Verzögerung, bevor der Motor abgeschaltet wird, nachdem erfaßt worden ist, daß der aktuelle Anstieg größer als der Arbeitsanstieg ist. Der Motor wird nicht abgeschaltet bis sechs aufeinanderfolgende oder frühere Ereignisse mit einem solchen Zustand erfaßt worden sind. Das Programm verhindert ebenfalls ein Abschalten des Motors in dem Fall einer kleinen Anzahl (geringer als sechs) von Störungs-Ereignissen mit einem erhöhten Anstieg, da die Programmschritte 82-86 den Wert der Anstiegzählervariablen bei der nächsten Gelegenheit dekrementieren, bei der der aktuelle Anstieg nicht größer ist als der Arbeitsanstieg.
Die Programmbezeichnung "Waitoff" führt das Programm zu den Schritten 92-96, die automatisch den Motor anhalten. Programmschritt 92 hält die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42 an, um dadurch einen weiteren Durchlaß des Triacs 41 zu verhindern, der wiederum die Stromzufuhr zu dem Motor abschaltet. Programmschritt 94 überprüft, ob der Benutzer den Auslöser 3 gelöst hat, um den Schalter 40 zu deaktivieren, und, wenn nicht, dann wird Programmschritt 94 wiederholt, bis der Benutzer den Auslöser 3 gelöst hat. Danach führt Programmschritt 96 den Programmablauf zurück zur Programmbezeichnung "Loop-off", die zu dem Programmschritt 52 zurückführt, der es ermöglicht, die Bohrmaschine wieder zu verwenden.
Wenn das Programm nicht zu "Waitoff" verzweigt, dann fährt der Ablauf bei Schritten 98-108 fort, die eine Überhitzungs- Verhinderungs-Eigenschaft vorsehen. Eine Variable, die als "Temperaturzähler" bezeichnet wird, wird verwendet, um die Anzahl von aufeinanderfolgenden Ereignissen aufzuzeichnen, bei denen ein Übertemperaturzustand stattfindet. Programmschritt 100 dekrementiert den Temperaturzähler auf Null, wenn der Bohrer keine Übertemperatur hat, und der Programmablauf springt dann zu Schritt 110, wie nachfolgend erläutert wird. Programmschritt 102 inkrementiert den Zähler, wenn der Bohrer Übertemperatur hat. Programmschritt 104 überprüft dann, ob die Temperaturzählervariable eine vorbestimmten "Grenze" überschritten hat, und, wenn ja, dann verzweigt das Programm zu der "Waitoff"-Routine, wenn sich die Bohrmaschine nicht in ihrer Einstellung für maximale Geschwindigkeit befindet. Wenn sich die Bohrmaschine in ihrer Einstellung für maximale Geschwindigkeit befindet, dann fährt das Programm bei Schritt 110 fort.
Programmschritt 110 überprüft, ob der Schalter 40 aus ist, das heißt, ob der Benutzer den Auslöser 3 gelöst hat. Wenn nicht, dann geht das Programm zurück zu einer Programmbezeichnung "Loop-on", die zu Programmschritt 60 zurückgeht. Auf diese Weise wird das Programm wiederholt, um eine permanente Geschwin digkeitssteuerung und, im Schraub-Betrieb, eine automatische Drehmomentsteuerung durchzuführen. Wenn bestimmt wurde, daß der Schalter 40 aus ist, dann hält der Programmschritt 112 die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) 42 an, um dadurch den Bohrermotor auf die gleiche Art und Weise anzuhalten, wie durch den oben erläuterte Programmschritt 92. Das Programm geht dann weiter zu Programmschritt 96, der zu der Programmbezeichnung "Loop-on" springt.
Wenn die Bohrmaschine nicht in der Schraub-Betriebsart betrieben wird, dann wird das Merkmal der automatischen Drehmomentsteuerung, das durch Programmschritte 76-90 vorgesehen ist, umgangen. Mit Hilfe von Schritt 74 wird eine Programmverzweigung durch Schritt 114 durchgeführt. Schritt 114 schafft einen Anti-Rückschlagschutz.
Ein weiteres Sicherheitsmerkmal ist auch durch einen Programmschritt 116 vorgesehen, der sich zwischen den Schritten 62 und 64 in dem Geschwindigkeitssteuerungsbereich des Programms befindet. Schritt 116 überprüft, ob der "Umkehr"-Schalter des Bohrers betätigt wurde, während die Bohrmaschine in Benutzung ist (d. h. Motordrehung). Wenn ja, dann verzweigt die Programmausführung zu Schritt 118, wo die Steuerungsschaltung (Zeitgeber) angehalten wird, wodurch der Bohrermotor angehalten wird. Das Programm springt dann zu der Programmbezeichnung "Waitoff", wie oben beschrieben.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist ein Bohrschrauber mit einem LCD. Die Erfindung ist natürlich auf andere kraftgetriebene Schrauber und kraftgetriebene Bohrmaschinen anwendbar, die eine Schraub-Option haben, wohingegen beispielsweise kraftgetriebene Bohrschrauber erwähnt werden können, bei denen das Rücksetzen des Werkzeugs mittels eines Drehschalters erfolgt, der ein Potentiometer steuert, statt mit Hilfe von Knöpfen an einer LCD-Display-Konsole.

Claims

1. Bohrschrauber (1) mit einer drehbaren Welle (5), die zur Anbringung eines Schraubeinsatzes ausgestaltet ist; einem Motor (38, 39), um die Welle (5) drehend anzutreiben; einer Überwachungseinrichtung (30) zum Überwachen des Stromes in dem Motor (38, 39) oder zum Überwachen eines Parameters, der zumindest teilweise mit dem Strom in dem Motor (38, 39) in Beziehung steht, außerdem gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30), die auf eine erfaßte Veränderung anspricht, die einem Anstieg der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in dem Motor (38, 39) entspricht, und die wirkt, um den Motor (38, 39) anzuhalten.

2. Bohrschrauber nach Anspruch 1, außerdem mit einer Geschwindigkeitssteuerung (41), um die Geschwindigkeit der Drehung des Motors (38, 39) zu steuern.

3. Bohrschrauber nach Anspruch 2, bei dem die Einrichtung (30) zum Überwachen des Stromes oder anderer Parameter eine Einrichtung zum Überwachen des Stromverbrauchs des Motors (38, 39) enthält.

4. Bohrschrauber nach Anspruch 3, bei dem der Motor ein Wechselstrommotor ist und bei dem die Geschwindigkeitssteuerung (41) eine spannungsgesteuerte Gleichrichtereinrichtung enthält, um den Leistung-Ein-Bereich oder Bereiche von jedem Wechselstromzyklus zu steuern, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen.

5. Bohrschrauber nach Anspruch 4, bei dem die Einrichtung (30) zum Überwachen des Stromes oder anderer Parameter eine Einrichtung zum Überwachen der Dauer von jedem Leistung-Ein- Bereich enthält.

6. Bohrschrauber nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtung (30) zum Überwachen der Dauer einer Einrichtung zum Überwachen der Durchlaßzeit der spannungsgesteuerten Gleichrichtereinrichtung enthält.

7. Bohrschrauber nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtung (30) zum Überwachen der Dauer einer Einrichtung zum Überwachen der relativen Phase enthält, bei der die spannungsgesteuerte Gleichrichtereinrichtung in den leitenden Zustand geschaltet wird.

8. Bohrschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem eine Steuerungseinrichtung (42) enthält, um eine Verzögerung zu implementieren, bevor der Motor angehalten wird, wenn eine Veränderung erfaßt ist, die einem Anstieg der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes entspricht.

9. Bohrschrauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem eine manuell betätigbare Umgehungseinrichtung hat, um entweder die automatische Abschaltsteuerung oder die manuelle Steuerung des Motors auszuwählen.

10. Verfahren zur Steuerung eines Bohrschraubers, bei dem der Bohrschrauber eine drehbare Welle, die zur Anbringung eines Schraubeinsatzes ausgestaltet ist, und einen Motor aufweist, um die Welle drehend anzutreiben, wobei das Verfahren das Überwachen des Stromes in dem Motor oder das Überwachen eines Parameters umfaßt, der zumindest teilweise mit dem Strom in dem Motor in Beziehung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor in Reaktion auf das Erfassen einer Veränderung, die einem Anstieg der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in dem Motor entspricht, angehalten wird.