CN111372738B - 具有自动紧急停止的电动切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全切割装置(10)，其包括：导电的切割构件(12)；用于致动所述切割构件的马达(20)；用于握住所述工具的手柄(30)；和紧急停止装置(40)，该紧急停止装置对使用者与切割构件的接触敏感。根据本发明，该工具还包括：‑至少一个第一和至少一个第二手动接触电极(32，34)；‑包括所述第一手动接触电极(32)和所述切割构件(12)的监测电路(42)；‑用于测量所述切割构件(12)与所述第二手动接触电极(34)之间的监测电压(V_E2)的装置(44)；‑比较器(74)，用于将至少一个电监测特性与电极限特性进行比较，该比较器(74)驱动所述紧急停止装置(40)。本发明特别适用于修枝剪和剪切机。

Description

具有自动紧急停止的电动切割设备

技术领域

本发明涉及一种设置有自动紧急停止装置的电控式安全切割工具。紧急停止装置旨在防止在操作人员在工具运转时与切割工具的切割元件意外接触的情况下对切割工具的操作者造成严重伤害。至少，本发明旨在将任何伤害限制为轻度伤害。

例如，关于电动修枝剪，严重伤害的特点是深切，例如完全割断操作者手指的一部分。另一方面，轻度伤害可与会引起一点点出血的荆棘丛中的手部皮肤擦伤相当。

如果紧急停止不是在操作人员自发干预的情况下被触发，而是在简单检测到可能导致伤害的状况时被触发，则认为紧急停止装置是自动的。

本发明可以应用于各种切割工具，尤其是具有活动刀片的便携式电动切割工具，例如修枝剪或剪具，或甚至是链锯、圆锯、钻头或磨床。

背景技术

下列文献给出了现有技术的示例：

FR 2712837

FR 2779669

FR 2831476

FR 2838998

FR 2846729

FR 2963081

FR 3001404

EP 2490865

EP 2825811：该文献记载了带有安全系统的修枝剪，该安全系统在手柄上设置有手动接触电极。

US 5025175

US 7365955

WO 2012/025456：该文献记载了具有电容式安全系统的链锯，该电容式安全系统在手柄上设置有接触电极。

前述文献涉及带有电子控制装置的机器和工具，该电子控制装置带有紧急停止装置，以防止对操作人员造成伤害。在这些文献中，可以找到许多工具，例如用一只手握住以修剪植物的电动修枝剪。

在此示例中，操作人员用一只手握住电动修枝剪，然后用他们的空闲的第二只手来操纵已切割或要切割的植物。当未握住修枝剪的手在切割期间紧邻切割元件或与切割元件接触时，存在伤害危险。在修枝剪或剪具的情况下，切割元件在大多数情况下以固定刀片或钩以及枢转刀片的形式呈现。枢转刀片在钩上的打开位置和闭合位置之间枢转，在枢转刀片与钩之间有剪切作用。某些修枝剪的切割元件还可以具有两个彼此配合的活动刀片，以在刀片从打开位置转入闭合位置时实现剪切作用。

在钻头、磨床、圆锯或链锯的情况下，切割元件具有围绕轴旋转的切割零件。

在诸如剪切机、破碎机或圆锯的机床中，切割元件以围绕轴旋转或相对于固定框架进行平移运动的切割零件的形式呈现。

采用各种手段来检测手与切割元件的紧邻或接触。可以特别是区分无线电装置、刀片上的电位检测装置、电容装置或阻抗测量装置。

已知的安全装置采用通过通信链接与安全装置电连接的手套、鞋子或信标。链接可以是有线链接，也可以是赫兹波。

当使用手套时，手套配有电导体，其功能是在手套与切割元件之间建立测量电路。类似地，可以使用导电鞋来建立接地并且包括操作人员身体的测量电路。

使用电子信标、导电手套、导电鞋或更一般地使用与切割工具电连接的衣服的导电物品，用于检测操作人员与切割元件的接触。响应于例如检测到衣物的导电物品与切割元件的接触而紧急停止切割操作可以避免或限制可能的伤害的严重性。

然而，已知的安全装置确实给操作人员带来了一定困难或缺点。这些特别是包括以下内容：

-穿着导电衣服、特别是导电手套引起的不适，

-导电衣服与修枝剪之间的有线连接引起的不适，

-切断导电衣服与修枝剪之间的有线连接的危险，

-如果忘记穿上导电服或检测信标，或者未正确穿戴这些附件，则有受伤危险。

-与安全装置和切割元件间的接触故障有关的风险。例如，过多使用后导电手套的磨损、维护不良、意外劣化或绝缘物质沉积在手套或切割元件上(例如树液、油或油脂)存在改变甚至遮挡安全装置接收到的信号的风险。这可能在短时间内使安全装置无法操作，而操作人员不会事先意识到。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全切割工具，其不具有任何上述缺点。

实际上，本发明的目的是提供一种安全切割工具，其不使用诸如手套的导电衣物，并且不需要佩戴信标。

本发明提出一种包括安全装置的切割工具，该安全装置简单地利用与其紧邻或接触的操作者的身体的导电性来检测操作人员与切割元件之间是否存在接触，从而防止任何受伤的危险。

然而，利用尤其是可通过其阻抗测量的人体的简单导电性确实给操作人员的身体与安全装置或切割元件之间的电接触质量带来了一些困难。人体的固有阻抗实际上是低值，它取决于操作人员并且不会显著改变。操作人员的身体与导电部分、例如手动接触电极或导电切割刀片的切割刃之间的接触阻抗不是这种情况。事实上，该阻抗可能会以很大的比例变化。它可能会根据操作人员的皮肤特性、皮肤是否潮湿、手动接触电极的表面特性(尺寸、粗糙度、电导率等)、气候条件或操作人员施加的接触压力而有所不同。

例如，具有干燥皮肤的手的电导率非常低。它以低压力与手动接触电极接触可产生可达到数十万欧姆的值的高接触阻抗。相反，与潮湿的手—尤其是在海岸附近的含盐环境中—接触会引起几千欧姆、甚至只有几百欧姆或只有几欧姆的低接触阻抗。

例如，如果接触发生在导电性非常高的切割区域、例如修枝剪的刀刃，则操作人员身体的一部分与切割元件的接触可能会转化为几欧姆或甚至几百欧姆的阻抗值，具体视所施加的接触压力而定。然而，如果接触发生在切割元件的另一部分上，例如在具有薄的绝缘涂层的切割刀片的侧面上，则阻抗值可以为数百欧姆或甚至数千欧姆或更大。

通过使用导致接触阻抗仅在很小的数值范围内变化的衣服和/或导电的有线链路，可以避免这些危险。如果情况不是这样，则必须考虑这些危险，以免损害切割工具的安全性。

实际上，操作人员与安全装置和切割元件的同时接触会在切割元件与包括安全装置的工具之间产生很大范围的可能的阻抗值。在这种情况下，不可能可靠地确定操作人员与切割元件之间的实际接触的风险。

为了克服这些困难，本发明提出一种安全切割工具，它包括：

-导电的切割元件，

-用于致动切割元件的电气控制式马达，

-切割工具的用于操作人员的手的握柄，该握柄与切割元件电绝缘，

-切割触发元件，其可由操作人员的抓住握柄的手致动，该切割触发元件与切割元件电绝缘，和

–对操作人员与切割元件的接触敏感(能作出响应)的紧急停止装置。

根据本发明，该安装切割工具的特征在于它包括：

-至少一个第一手动接触电极和至少一个第二手动接触电极，第一手动接触电极和第二手动接触电极彼此电绝缘，并且位于工具的握柄和切割触发元件中的至少一者上，以便在操作人员抓住握柄时同时被操作人员的手触摸，

–监测电路，它包括所述第一手动接触电极和所述切割元件，当操作人员与所述第一手动接触电极和所述切割元件同时接触时，所述监测电路能够闭合，

-监测电路中的监测电流的电发生器(发电器，发电机)，

–切割元件与第二手动接触电极之间的监测电压的测量装置，

–视监测电压而定(根据它变化，取决于它)的至少一个监测电气特性和视增加人体传导阻抗值的阻抗值而定的极限电气特性的比较器，该比较器连接到切割元件的致动马达的紧急停止装置，以便在监测电气特性越过(跨越)极限电气特性时引起紧急停止。

本发明的切割工具可以是修枝剪、剪具(剪切器)、钻具、磨床、圆锯、链锯或任何其它配备有要变得安全的切割元件的工具或机床。特别考虑将本发明的实施方案用于修枝剪。然而，为了语言上的方便或简化起见，在下面的描述中提及修枝剪，但并非限制切割工具的类型。

当操作人员在他抓住握柄或致动切割触发元件时可以触摸手柄和切割触发元件的至少一部分、特别是保持手动接触电极的那一部分时，认为握柄和切割触发元件与切割元件是电绝缘的。当手柄或切割触发控制器通过在工具和紧急停止触发器操作时超出所讨论的阻抗值数个数量级、例如数百万欧姆的值的阻抗的中介作用连接到切割元件时，情况同样如此。

手动接触电极可以是金属的导电电极，或者由手柄或触发器的塑料材料的导电表面形成。示例包括由本征导电聚合物如聚吡咯制成的电极，或由充有例如碳或银颗粒的非本征导电塑料制成的电极。

尽管描述涉及两个电极，但是可以使用更多数量的手动接触电极。在下面的描述中，对第一或第二手动接触电极的引用并非限定这些电极中的每一个的独特或多重特征。可以考虑使用多个第一手动接触电极和多个第二手动接触电极，特别是为了改善与操作人员手的电接触。

致动马达可以是电动马达，或者可以是具有电控制器的热机。然而，在本发明的优选实施方案中，它是电动马达。特别地，它可以是由电子卡(电路板)伺服驱动的电动马达，该电子卡能控制在一个方向和反方向上的旋转功能，并且可以控制电磁制动功能。

切割触发控制器可以是例如触发器或带或不带触点的部件，例如测量操作人员的致动手指位置的光学传感器。切割触发控制器位于握柄上或手柄附近，因此可以通过操作人员的手抓住握柄来致动。切割触发元件尤其用于启动致动马达并且例如引起修枝剪的切割元件的打开或闭合。

紧急停止装置是一种能够使切割工具、特别是切割元件转入即时停止以防止对操作人员造成伤害或避免初期伤害变得更严重的装置。紧急停止可包括以下操作之一的立即触发：

-在电动致动马达的情况下，切断对致动马达的供电，特别是切断其电源，

-紧急制动作用在致动马达上和/或直接作用在切割元件上，

–触发切割工具的紧急运动、例如在修枝剪或剪具的情况下为切割元件的打开，或者触发用于补偿切割元件的活动部分的惯性动能的运动。

紧急停止装置可以特别地包括制动器。

它可以是作用在马达上、作用在马达的飞轮上或直接作用在切割元件上的电磁制动器。

当致动马达是电动马达时，电磁制动、紧急运动的触发、或甚至简单的电力切断都可以通过伺服驱动对马达各相的供电单纯利用马达的电子控制卡的中介作用发生。在这种情况下，紧急停止装置包括电动马达控制卡。

切割元件与第二手动接触电极之间的监测电压的测量装置是高阻抗测量装置，例如电压表。其内部阻抗比监测电路中涉及的阻抗高几个数量级，以免干扰在监测电路中流动的电流。例如，这是大于10MΩ的内部阻抗。监测电压是相对于切割元件的电位测量的，该电位优选对应于工具的地电位。也可以相对于关于地面或切割元件的恒定电位测量或确定监测电压。

监测电气特性可以是可以以电压、电流、阻抗值或甚至电导值的形式表示的特性。根据欧姆定律，它基于监测电压。

这同样适用于基于人体传导阻抗的极限特性，特别是基于增加人体阻抗值的值。它也可采用在应用电压、电流、阻抗值、应用欧姆定律时的阻抗值和电路的阻抗值的形式来建立。

在下面的描述中解释监测电气特性和极限电气特性的不同表达形式。

如前所述，监测电路包括第一手动接触电极和导电的切割元件。它在操作人员同时触摸切割工具的第一手动接触电极和切割元件时闭合。

为了简化起见，认为操作人员用握住手柄的一只手触摸第一手动接触电极并用另一只手的手指触摸切割元件，这有导致受伤的危险。然而，这种选择并不意味着对身体接触切割元件的部分有任何限制。紧急停止装置的操作和触发器是相同的，无论人体的哪个部位可能与切割元件接触。例如，这可以是手指、手、腿或前臂。

因此，当操作人员同时触摸第一手动接触电极和切割元件时，在第一手动接触电极与切割元件之间的测量电路中串联有一定数量的阻抗。这些是：

-手与第一手动接触电极之间的接触阻抗，标记为Z_M1

-触摸第一手动接触电极的手与另一只手的手指之间的操作人员身体的阻抗，标记为Z_C，和

-手指与切割元件之间的接触阻抗，标记为Z_D。

此外，在修枝剪的特定情况下，应注意Z_V是植物例如藤蔓的阻抗、手指或更一般而言手在植物或由操作人员的空手握住并由切割元件切割的物体上的接触阻抗之和。如果适用，所握住的物体可以是花栅。对于其它工具，变量Z_V表征与手指与该材料的接触相关的切割材料的阻抗，假设操作人员的空手触摸该材料。

通过忽略第一手动接触电极和切割元件的适当阻抗值，监测电路的标记为Z_T的总阻抗可以取三个值：

-当切割元件未被触摸时，无限大的值Z_T＝∞，

-当手指触摸切割元件时，值Z_T＝Z_M1+Z_C+Z_D，

-当由空手握持的材料接触切割元件时，值Z_T＝Z_M1+Z_C+Z_V。

可以容易地估算出操作人员身体在他的握住手柄的第一只手与另一只手的可能触摸切割元件的手指之间的阻抗值Z_C的数量级。这是人体的电导率，其阻抗值小于一万欧姆，且无论如何约为上千欧姆的数量级。

手与第一手动接触电极的接触阻抗Z_M1以及手指与切割元件之间的接触阻抗Z_D或包括与切割元件接触的材料的中介阻抗在内的阻抗Z_V的值可能会表现出很大的可变性，并且通常比操作人员身体的阻抗值大得多，特别是在与手的皮肤的具有低电导率的部位的接触压力较弱的情况下。

在下面的描述中，仅讨论手指与切割元件的直接接触。实际上，手指与中介材料接触的情形不会给操作人员带来风险。当阻抗值Z_V接近Z_D时，也就是说当中介材料具有良好的导电性时，它可能触发紧急停止装置。

然而，当手指与切割元件的接触几乎有受伤的危险时，申请人进行的各种测试表明，手指的接触阻抗值Z_D可以被评估为与操作人员身体的阻抗值的数量级相同或甚至变得低于操作人员身体的阻抗值Z_C。实际上，当刀片与手指接触时，手指会表现出显著的弹性，并且只有在很大的压力下，刀片才能首先切割手指的表皮，从而造成轻度伤害，然后随着它继续进行切割而导致严重伤害。在诸如表皮上的刮擦之类的小伤口的情况下，切割元件与人体的皮下部分之间的接触阻抗值Z_D明显低于人体的阻抗值Z_C。

据估计，在严重接触的情况下切割元件处的接触阻抗的值低于人体的阻抗值。人体阻抗的数量级的阻抗的检测允许以很高的概率识别操作人员与切割元件的瞬时且非预期的接触。

操作人员的手与第一手动接触电极之间的接触阻抗Z_M1并非如此，其值可以以更大的比例变化，并且实际上掩盖了操作人员的手指与切割元件之间的接触的发生。

本发明的测量装置使得可以免除操作人员的手与第一手动接触电极之间的接触阻抗Z_M1。这是通过测量第二手动接触电极上的电压实现的。

第二手动接触电极通过操作人员抓住手柄并因此触摸第一和第二手动接触电极的手的中介作用连接到第一手动接触电极。手动接触电极因此通过两个潜在的高阻抗串联连接。这是手与第一手动接触电极的接触阻抗和手与第二手动接触电极的接触阻抗Z_M2。

因此，还认为第二手动接触电极通过手与第二手动接触电极的接触阻抗连接到操作人员身体的阻抗。由于电压测量装置的高内部阻抗，在第二手动接触电极上测定的电压—或更确切地说，该电极与工具的接地端之间的电位差—基本上等于在操作人员的手的标记为C的内部假想点和连接到工具的接地端的切割元件中测得的电位差V_C。实际上，零电流或近似零电流在该假想内部与第二手动接触电极之间流动，从而确保了电位V_E2和V_C的几乎相等，这两个电压可以视为构成监测电压。

监测电流的电发生器具有在监测电路闭合时、也就是在操作人员与切割元件直接或间接接触时使监测电流I_S在监测电路中循环的功能。

电发生器可包括例如电流源。它还可以包括电压源。电流源或电压源可以串联连接在监测电路中。

监测电流的电发生器可以具有独立的电源，例如电池。如果切割工具配备有电驱动马达，则也可以从电源、例如切割工具的供电电池向其供应能量。

当电发生器包括电流源时，电路闭合时的电流强度是已知的。于是，它对应于监测电流I_S的强度。

切割工具还可以包括在电路中串联的呈现预定的和已知的阻抗值Z₁的电调节阻抗以及在电调节阻抗的端子处的电压V₁的测量装置。该电压的测量还使得可以知道监测电流I_S的强度。实际上，监测电流I_S等于在电调节阻抗的端子处测得的电压与电调节阻抗的值之比：

I_S＝V₁/Z₁

调节阻抗Z₁的值的选择可能会影响在监测电路中流动的电流的强度。然而，它并不重要，它的功能主要是确定监测电流的强度。例如，调节阻抗的值可以在1Ω至200KΩ之间选择。

测量装置例如是电压表，尤其是集成在电子卡—该电子卡也包括比较器—中的电压表。

因此，可以根据测量值V_E2和在监测电路中循环的检测电流I_S了解操作人员身体的累积阻抗Z。

可得出：

Z＝Z_C+Z_D并且

V_E2＝I_S x Z

即：

Z＝V_E2/I_S

可以将该阻抗与增大人体的阻抗值Z_C并且优选将人体的阻抗值Z_C增大3倍的极限阻抗Z_极限的阻抗值进行比较。

特别地，可以将增大阻抗的值选择为等于20kΩ，并且优选大于100kΩ。它还考虑了在切割元件的操作过程中不太可能造成伤害的操作人员的手指与切割元件之间的接触值。

根据本发明的特定实施方式，监测电气特性可以是视监测电压而定的电压，并且极限电气特性可以是视增大人体传导阻抗值和监测电流的阻抗值Z_极限而定的极限电压。特别地，监测电气特性可以等于监测电压V_E2，并且极限电气特性可以等于电压V_极限，该电压V_极限等于增大人体传导阻抗值的阻抗值与监测电流的乘积。

在这种情况下，将V_E2和V_极限相互比较。

其中V_极限＝Z_极限x I_S

当V_E2>V_极限时，工具运行正常。

当V_E2<V_极限或V_E2＝V_极限时，紧急停止装置被致动。

根据另一特定实施可能性，监测电气特性可以是视监测电压和监测电流而定的阻抗值，极限特性可以是视增大人体传导阻抗值的阻抗值Z_极限而定阻抗值。

特别地，监测电气特性可以等于阻抗Z，该阻抗Z等于监测电压与监测电流之比，并且极限特性可以等于增大人体传导阻抗值的阻抗值Z_极限。

在这种情况下，当Z>Z_极限时，工具运行正常。

然而，如果Z<Z_极限或Z＝Z_极限，则紧急停止装置被致动。

还可以保留其它监测特性和极限，例如上述变量的细化函数。也可以比较电导率。

阻抗Z与阻抗Z_极限之间的比较或如上所述监测电压V_E2与电压V_极限的比较或者更一般而言视监测电压而定的另一监测电气特性与视增大人体阻抗值的阻抗而定的极限电气特性的比较由比较器执行。

为此，可以将值Z_极限、值V_极限或更一般而言视增大人体阻抗值的阻抗而定的极限电气特性的值存储在与比较器连接的存储器中。存储器中包含的极限值可以在工具的制造期间设置。还可以提供对存储器的访问，以便修改极限值，从而在需要时修改紧急停止装置的致动灵敏度。

当电发生器包括电流源时，该电流源可以与串联连接在监测电路中的调节阻抗并联连接。如上所述，然后可以使用欧姆定律来确定在监测电路中流动的电流的I_S值。

电发生器可以是交流电发生器或直流电发生器。交流电发生器的工作频率例如为10kHz。当导电切割元件被电绝缘材料的薄涂层、例如防腐蚀涂层或防污层覆盖时，使用交流监测电流能使设备运行。例如，修枝剪的刀片可以覆盖有一层薄的PTFE涂层，以便于其在切割过程中在配对刀片上滑动，同时防止其腐蚀。事实上，在这种情况下，操作人员的手指与切割元件之间的接触可能主要是电容性接触。然而，在此应该注意的是，刀片的切割刃没有这种类型的涂层，因为刀片的边缘锥度太大，以至于这种保护涂层无法附着于其上。

此外，切割工具可以包括切割元件的电位的监测装置。电位监测装置连接到紧急停止装置，以便在切割元件的电位在设定范围之外时引起紧急停止。监测装置防止了电监测特性的设置将受到切割元件的改变的电位、特别是切割元件的非零电位影响的情形。

这是因为，如已经提到的，切割元件优选地连接到工具的接地电位。

例如，在切割元件与带电金属导体例如电围栏的意外接触期间，可能导致切割元件的电位发生变化。

另外，切割工具可以包括接地阻抗，该接地阻抗的值超出用于增大人体阻抗值的阻抗值数个数量级，该接地阻抗将第二手动接触电极与切割元件电连接。在这种情况下，切割工具还可以构造成当由测量装置测定的监测电压为零时引起紧急停止或停用(停机)。接地阻抗防止了第二手动接触电极的浮动电位。它的值非常高，例如几百万欧姆，因此不会将大量电流引入第二手动接触电极中，从而不会影响监测电压的测量。此外，由于接地阻抗，在手没有同时与第一和第二手动接触电极接触的情况下，可以在第二电极处具有零监测电压。如上所述，零电压V_E2的测量使得能够致动紧急停止装置，或者简单地停用以禁止使用工具。因此，在切割期间不会触摸第二电极或例如用绝缘手套触摸第二电极的操作人员将不能操作工具，因为紧急停止装置的致动装置此时无法工作以检测手指与切割元件的接触风险。

应当注意，操作人员在需要时可能必须戴上导电手套，尤其是为了保护自己免受寒冷侵害。然而，重要的是，手与手套的接触不会产生明显的阻抗变化，并且显然是高于手与手动接触电极的直接接触的变化。

附图说明

根据以下参考附图的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。给出该描述仅出于说明目的，而不是加以限制。

图1是根据本发明的切割工具的主要特征和功能的简化示意图。

图2是根据本发明的修枝剪的简化示意图。

图1和2的相同或相似部件具有相同的附图标记，以便于从一幅图转换到另一幅图并且不重复其描述。

具体实施方式

图1示出了设置有切割元件12的切割工具10的示意图。

切割元件12与工具的接地电位18电连接。

切割工具还包括电动马达20，该电动马达通过传动机构22与切割元件12机械连接。传动机构将由马达供应的机械能传递至切割元件。根据切割元件的类型，它以旋转运动、圆形旋转运动或平移运动驱动切割元件。

电动马达20与该马达的电源24和电子控制卡26相关联。电子控制卡26可以接收来自切割触发元件28的信号，该切割触发元件由操作人员的握住切割工具10的握柄30的手致动。切割触发元件28(例如触发器)位于握柄30附近，因此可以通过握住手柄的手来致动它。

握柄30由绝缘塑料材料制成，因此与切割元件电绝缘。它还设有一对手动接触电极32和34，它们分别位于手柄的两个基本相对的部分上。手动接触电极是金属电极或由导电塑料材料制成的电极，当修枝剪通过其手柄被握住时，操作人员的手必定与所述电极接触。它们彼此电绝缘并且与切割元件12电绝缘。第一电极或第二电极也可以位于由握住手柄的手致动的切割触发元件的触发器上。

修枝剪的电动马达20的紧急停止装置40由监测电路42控制。监测电路42包括切割工具的部件，但也可以包括使用修枝剪10的人的身体的一部分。监测电路42特别地包括串联的调节阻抗52、第一手动接触电极32、切割元件12和用于监测电流的电发生器56。该电发生器例如是电压源、例如电池，或者是电流源。调节阻抗可以由具有已知电阻抗值的一个或多个电气部件形成。它可以包括在电发生器56中。它例如是电阻，该电阻具有例如100kΩ的值。然而，它的值并不重要。例如，该值的范围可以从1Ω至200kΩ。对调节阻抗的端子处的电压V1的测量可以用于确定在监测电路中流动的监测电流I_S。

如果电发生器56包括当监测电路42闭合时直接产生规定值I_S的电流的电流源，则不需要调节阻抗。

在没有与操作人员接触的情况下，监测电路42通常是开路，因此具有几乎无限大的总阻抗和零电流。

当操作人员抓住手柄时，他的手与手动接触电极接触，从而与第一手动接触电极32接触。监测电路42保持断开。

然而，当操作人员也例如用他的空手的手指触摸切割元件12时，他使监测电路42闭合。在这种情况下，调节阻抗52自身相继与第一手动接触电极、操作人员的手与第一手动接触电极32的接触阻抗60、操作人员的身体的阻抗62、手指与切割元件的接触阻抗64以及最后切割元件12串联。

将手的接触阻抗60、身体的阻抗62和手指与切割元件的接触阻抗64的值分别记为Z_M1、Z_C和Z_D。

因此，当监测电路闭合时，总阻抗Z_T为：

Z_T＝Z₁+Z_M1+Z_C+Z_D

此处忽略了配线和切割元件的阻抗。还忽略了在此被视为电压源的电发生器56的阻抗。

当监测电路闭合时，发生器56导致监测电流I_S在电路中流动。

当发生器包括电流源时，电流I_S的值可以由电流发生器预先限定。例如，当发生器包括电压源时，也可以基于对调节阻抗52的端子进行的电压测量来预先限定电流I_S的值。对值Z₁的调节阻抗52的端子处的电压V₁的测量通过集成的电压表53进行。

电压测量装置44—例如另一集成的电压表—连接在切割工具10的接地电位18与第二手动接触电极之间。它测量电位V_E2，或更准确地说是测量接地电位18与第二手动接触电极34之间的监测电压V_E2。

监测电压V_E2以及由集成的电压表53传送的电压被供给到数字管理单元74。数字管理单元—例如微控制器或专用集成电路—允许执行各种操作。

第一操作包括通过执行比率V₁/Z₁来计算监测电流I_S。

第二操作可以包括基于监测电压和监测电流来计算阻抗值Z。通过参考前面的描述可知：

Z＝Z_C+Z_D＝V_E2/I_S。

最后，并且主要地，数字管理单元74构成比较器。

它尤其可以用于将阻抗值Z和增大人体阻抗值的极限值Z_极限进行比较。它也可以用于将监测电压V_E2和极限电压V_极限—例如V_极限＝Z_极限×I_S—进行比较。

当电压下降到电压极限值以下或阻抗下降到阻抗极限值以下时，极限电气特性被分别越过并且紧急停止被致动。

可以根据上述参数对其它参数进行比较，并且也可以由数字管理单元74进行计算。例如，可以比较电导而不是阻抗。

在比较之后，并且当极限电气特性已经取决于所选择的特性被越过较高或较低的值时，紧急停止装置40被触发。

被数字管理单元的比较器使用的极限电气特性—例如值V_极限或Z_极限—可以存储在与数字管理单元74相关联的存储器72中。

在图1的示例中，紧急停止装置包括电动马达的电子控制卡26。电子控制卡26如点划线所示接收紧急停止信号。在这种情况下，马达电子控制卡被配置为通过使用电动马达的感应电路来致动马达本身的运动以抵消切割元件的运动和/或引起马达和切割元件的电磁制动。

这导致切割工具的运动几乎瞬时停止。

在切割工具停止后，也可以切断电源。这可以通过由数字管理单元74伺服驱动的开关27、特别是晶体管开关来实现。

应当注意，数字管理单元74—尤其是它构成的比较器—以及致动马达的电子控制卡26可以以单个集成部件的形式生产。

附图标记80表示接地阻抗。在图1所示的示例中，这是连接在第二手动接触电极34与切割工具的接地电位18之间的大于1MΩ的电阻。这防止了第二手动接触电极的浮动电压。当第二手动电极不与操作人员的手接触时，它也可以将第二手动接触电极的电压设置为零值。

因此，数字管理单元74可以利用电压测量装置44对零监测电压的测量来禁止工具的操作或引起紧急停止。在该图所示的示例中，如果监测电压的测量值为零，则可以简单地禁止向致动马达20供电。

这使得可以例如防止工具在它由戴着绝缘手套的操作人员保持时操作，绝缘手套将阻止对与切割元件的接触的检测。

几乎没有电流经阻抗流到接地端或操作人员的手与第二手动接触电极接触的部位。因此，在第二手动接触电极上测定的电位V_E2与将在握住手柄30的操作人员的身体内部的假想点C与切割元件之间测定的电位V_C几乎相等，并且因此与在工具的接地端上测定的电位几乎相等。

附图标记76表示与切割元件12电连接的控制电极。它被设置为允许在不触摸切割元件的情况下进行紧急停止测试。事实上，操作人员握住手柄30并同时用他的空手触摸控制电极76就足以引起紧急停止。电子控制卡26可以被配置为请求这种周期性的控制操作，以确保紧急停止装置的正常运行。

还提供了切割元件的电位的监测电路78。它围绕电压表构建，并且还连接到电动机20的电子控制卡26，以在切割元件12的电位变得不同于设定值时引起紧急停止。在所示的实施例中，检查切割元件的电位是否处于工具的地电位。电压表可以是集成的部件，该部件是与数字管理单元相同的电子卡的一部分。

图2示出了修枝剪，其中部分剖切示出了用于切割元件12的电动驱动马达，以及在马达20与切割元件12的活动刀片14之间的传动机构22。

在修枝剪的情况下，切割元件12包括固定刀片或钩16和活动刀片14，活动刀片由电动马达20移动并根据切割触发控制器28的请求闭合在固定刀片上，该触发控制器在此为触发器。触发器的信号被引向抽象地表示的马达控制卡26。

图2示出了当操作人员握住握柄30以使修枝剪工作时手与第一和第二手动接触电极32和34的接触。可以观察到，手指—特别是中指、无名指和小指—与第一手动接触电极32接触，并因此与监测电路接触。在此，第一手动接触电极32在修枝剪的操作位置中位于握柄30的下部部分上。

手的手掌P与在此位于握柄30的上部部分上的第二手动接触电极34接触。

手的食指I可以自由地致动触发器28。

操作人员的空手被示出为处于一根手指与切割元件接触的位置。保持修枝剪10的握柄的手和与切割元件接触的手通过象征人体的画线连接。

电动马达的电子控制卡26连接到电动马达，以控制电动马达的不同相的电力供应。它可以用于控制马达在导致活动刀片14在钩16上闭合的方向上的旋转。它还可以在紧急停止期间在相反的旋转方向上使用，从而引起切割元件的打开并抵消其闭合。最后，它可以例如通过使马达的相短路而被用作电磁制动器。

电子控制卡还连接到电源24，例如操作人员在背部携带的电池。

图2还示出了在修枝剪的接地端与第二手动接触电极34之间测得的监测电压V_E2。

附图标记13表示薄的防腐和/或电绝缘涂层、例如PTFE涂层(聚四氟乙烯)，它能够覆盖修枝剪的刀片14、16。当电发生器56是交流电发生器时，这种绝缘涂层的使用不会干扰本发明的工具的操作，特别是不会干扰紧急停止装置的致动。实际上，尽管有电绝缘涂层，但在操作人员的手指与修枝剪的刀片14、16接触的情况下，交流监测电流仍可以流动。在这种情况下，手指与切割工具接触的阻抗Z_D呈现出电容分量。

Claims (15)

1.一种安全切割工具(10)，包括：

-导电的切割元件(12)，

-所述切割元件的电控致动马达(20)，

-所述切割工具的用于操作人员的手的握柄(30)，所述握柄与所述切割元件(12)电绝缘，

-由操作人员的握住所述握柄(30)的手致动的切割触发控制器(28)，所述切割触发控制器与所述切割元件(12)电绝缘，

-紧急停止装置(40)，它对操作人员与所述切割元件的接触敏感，

其特征在于，该安全切割工具包括：

-至少一个第一和至少一个第二手动接触电极(32，34)，所述第一手动接触电极(32)和所述第二手动接触电极(34)彼此电绝缘，并位于至少所述切割工具的握柄(30)或所述切割触发控制器(28)上，以便在操作人员握住所述握柄时由操作人员的手同时触摸，

-监测电路(42)，它包括所述第一手动接触电极(32)和所述切割元件(12)，当操作人员同时与所述第一手动接触电极(32)和所述切割元件(12)接触时，所述监测电路(42)能够闭合，

-所述监测电路(42)中的监测电流的电发生器(56)，

-所述切割元件(12)与所述第二手动接触电极(34)之间的监测电压(V_E2)的测量装置(44)，

-视监测电压而定的至少一种监测电气特性和视增大人体传导阻抗值的阻抗值而定的极限电气特性的比较器(74)，所述比较器(74)连接到所述切割元件的致动马达(20)的紧急停止装置(40)，以在所述监测电气特性越过所述极限电气特性时引起紧急停止。

2.根据权利要求1所述的切割工具，其中，所述监测电气特性是视监测电压而定的电压，以及其中，所述极限电气特性是视增大所述人体传导阻抗值的阻抗值和所述监测电流而定的极限电压。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述监测电气特性是监测电压，以及其中，所述极限电气特性等于增大所述人体传导阻抗值的阻抗值与所述监测电流的乘积。

4.根据权利要求1所述的切割工具，其中，所述监测电气特性是视所述监测电压和所述监测电流而定的阻抗值，以及其中，所述极限电气特性是视增大所述人体传导阻抗值而定的阻抗值。

5.根据权利要求1或4中任一项所述的切割工具，其中，所述监测电气特性等于所述监测电压与所述监测电流之比，以及其中，所述极限电气特性等于增大所述人体传导阻抗值的阻抗值。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述电发生器(56)是产生交流电的发生器。

7.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述电发生器(56)包括电流源。

8.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述电发生器(56)包括电压源。

9.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，包括电调节阻抗以及所述电调节阻抗的端子上的电压的测量装置(53)，它们在电路中串联，所述电调节阻抗具有预定的阻抗值。

10.根据权利要求9所述的切割工具，其中，所述电发生器(56)包括电流源，所述电流源与所述电调节阻抗并联连接。

11.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，包括所述切割元件的电位的监测装置(78)，所述电位的监测装置连接到所述紧急停止装置(40)，以便当所述切割元件的电位在设定范围之外时引起紧急停止。

12.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述切割元件(12)连接到所述切割工具的接地电位(18)。

13.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述致动马达(20)是热机。

14.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，其中，所述切割元件的致动马达是电动马达，以及其中，所述紧急停止装置包括用于伺服驱动马达的电子卡。

15.根据权利要求1或2中任一项所述的切割工具，包括接地阻抗(80)，该接地阻抗的值比增大所述人体传导阻抗值的阻抗值大数个数量级，所述接地阻抗将所述第二手动接触电极与所述切割元件电连接，并且配置为还当由所述测量装置(44)测得的监测电压(V_E2)为零时引起紧急停止或停用。

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