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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einer motorischen Antriebseinheit und mit zumindest einer Sensorvorrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Es ist bereits bekannt, in Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Schraubern, Bohrmaschinen, Bohrhämmern, Winkelschleifern, Stichsägen, Kreissägen, Rasenmähern oder dergleichen, Sensorvorrichtungen mit entsprechenden Sensoren zur Erkennung unterschiedlicher Betriebszustände zu integrieren. So offenbart die
DE 103 09 414 A1 eine Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere bei einem Bohrhammer, mit mindestens einem Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine in zumindest zwei vorgegebenen Empfindlichkeitsachsen.
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Aus der
DE 103 32 522 A1 ist ferner eine Handwerkzeugmaschine mit einem vibrationsisolierten Handgriff bekannt, die eine Isolationseinrichtung mit passiven Dämpfern und mit mindestens einem aktiven Dämpfungselement aufweist. Eine Regelung regelt die Dämpfung anhand von durch einen Sensor erfassten Sensorwerten, wobei der Sensor ein Beschleunigungssensor zur Erfassung von relativen Beschleunigungswerten des Griffs der Handwerkzeugmaschine für eine aktive Beschleunigungsregelung ist.
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Die
DE 10 2012 208 180 A1 zeigt eine handgeführte Hub- oder Pendelhubstichsäge mit einem Beschleunigungssensor, der dazu ausgebildet ist, eine Detektion von Vibrationen der Abtriebswelle eines Antriebsmotors der Stichsäge zur Erkennung einer Fehlbedienung zu ermöglichen.
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Aus der
DE 10 2011 085 565 A1 geht ein autonomes Arbeitsgerät, insbesondere ein autonomer Rasenmäher, mit zumindest einer Recheneinheit und zumindest einer Kollisionserkennungsvorrichtung hervor, die zumindest eine Sensoreinheit aufweist, wobei die Sensoreinheit zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst.
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Die Befestigung der jeweiligen Sensorvorrichtungen bzw. -einheiten erfolgt nach dem Stand der Technik durch Schrauben, Stecken, Klemmen oder Kleben in bzw. an den Gehäusen der Werkzeugmaschinen, um dadurch einen festen und innigen Kontakt herzustellen und eine möglichst exakte Bestimmung der Vibrations- und Beschleunigungswerte zu erzielen.
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Es hat sich aber gezeigt, dass es durch die Vibrationen der Werkzeugmaschinen im Betrieb zu Relativbewegungen an den Lagerstellen der Sensorvorrichtungen bzw. der darin enthaltenen Elektronikeinheiten, z.B. zwischen Gehäuse und Elektronikeinheit, kommen kann. Diese Relativbewegungen können beispielsweise zu Fehlerkennungen von Blockierfällen führen, wenn sich die Vibrationen an den Elektronikeinheiten infolge eines Spiels in den Lagerstellen von denen der Werkzeugmaschine unterscheiden. Außerdem entstehen durch die Relativbewegungen Verschleiß und Abrieb, wodurch sich das Spiel in den Lagerstellen zusätzlich erhöht und somit das Risiko von Fehlauslösungen weiter vergrößert. Durch dieses vergrößerte Spiel können mit zunehmender Laufzeit der Werkzeugmaschine neue, nicht gewollte Kontaktpunkte zwischen der Sensorvorrichtung bzw. der darin enthaltenen Elektronikeinheit und dem Gehäuse der Werkzeugmaschine entstehen, die zu Fehlauslösungen führen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu reduzieren bzw. ganz zu vermeiden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einem Gehäuse, mit zumindest einer motorischen Antriebseinheit und mit zumindest einer Sensorvorrichtung, wobei die zumindest eine motorische Antriebseinheit in und die zumindest eine Sensorvorrichtung in oder an dem Gehäuse gelagert sind, und wobei die zumindest eine Sensorvorrichtung eine Elektronikeinheit und zumindest einen auf der Elektronikeinheit angeordneten Sensor aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse und/oder die Sensorvorrichtung und/oder die Elektronikeinheit zumindest eine Lagerstelle zur Lagerung aufweisen, die zur Schwingungsdämpfung bzw. -reduzierung zwischen dem Gehäuse und der Elektronikeinheit zumindest ein elastisches Element enthält. In vorteilhafter Weise können dadurch Fehlerkennungen von bestimmten, insbesondere sicherheitsrelevanten Betriebsfällen, wie beispielsweise ein unbeherrschbarer Blockierfall eines Bohrhammers oder eine Kollision eines autonomen Rasenmähers, deutlich reduziert oder zum Teil ganz vermieden werden. In Verbindung mit der Sensorvorrichtung einer halbautonomen Stichsäge ist es weiterhin möglich, die Erkennung von Parametern, die zur halbautonomen Führung erforderlich sind, zu verbessern. Zudem lassen sich der Verschleiß der Lagerstellen über die Laufzeit der Werkzeugmaschine reduzieren und das Spiel in den Lagerstellen minimieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erkennt die Sensorvorrichtung mittels einer in dem Gehäuse oder auf der Elektronikeinheit angeordneten Steuer- oder Regeleinheit, die eine entsprechende Auswerteelektronik aufweist, einen Blockierfall und beeinflusst die motorische Antriebseinheit. Dies ist insbesondere in Verbindung mit rotierenden Werkzeugen, wie sie in handgehaltenen Elektrowerkzeugen, wie Bohrmaschinen, Bohrhämmern, Winkelschleifern, Poliergeräten oder dergleichen, zum Einsatz kommen, von wesentlicher Bedeutung zur Einhaltung sicherheitsrelevanter Vorgaben und Normen. Dabei kann es sich bei dem zumindest einen Sensor um einen Beschleunigungs-, Drehraten- und/oder Gyrosensor handelt. Es sind aber auch andere, aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren zur Vibrations- und Bewegungserkennung denkbar.
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Eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Schwingungsdämpfung bzw. -reduzierung ergibt sich dadurch, dass das zumindest eine elastische Element an zumindest einem Vorsprung der Lagerstelle gehaltert ist. Somit können ggf. die bereits verwendeten Lagerstellen in oder an dem Gehäuse der Werkzeugmaschine und/oder an der Sensorvorrichtung und/oder an der Elektronikeinheit ohne weitere Veränderungen verwendet werden, sofern genügend Raum für das elastische Element vorhanden ist. Dabei umgreift das zumindest eine elastische Element den zumindest einen Vorsprung und/oder es weist eine Aussparung auf, in die der zumindest eine Vorsprung hineinragt.
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In besonders vorteilhafter Weise ist das zumindest eine elastische Element als ein O-Ring oder ein Schrumpfschlauch ausgestaltet. Zum Einsatz kann aber je nach Anforderung an die Schwingungsdämpfung bzw. -reduzierung und die örtlichen Gegebenheiten auch eine Feder, ein in die Lagerstelle eingespritztes, thermoplastisches Polymer oder ein nicht formgebundenes elastisches Element, wie beispielsweise eine Knet-, Wachs- oder Silikonpaste oder dergleichen kommen. Auch formgebundene, elastische Elemente, wie Gummipuffer oder andere entsprechende Elastomere in unterschiedlichsten Formen, z.B. als Quader, Würfel, Elipsoid, Kugel, Hantel, Pyramide, Tetraeder, Oktaeder, Kuboktaeder oder dergleichen sind denkbar.
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Die Sensorvorrichtung kann in bzw. an den verschiedensten Werkzeugmaschinen, bevorzugt jedoch in oder an Handwerkzeugmaschinen oder im Wesentlichen autonom fahrenden Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, in denen es aufgrund eines motorischen Antriebs, der beispielsweise als ein Elektromotor, insbesondere als ein AC-, DC- oder EC-Motor, als ein Piezoantrieb oder als ein Verbrennungsmotor ausgestaltet ist, zu Schwingungen bzw. Vibrationen der Werkzeugmaschine kommt. Ebenso sind hybride Antriebsformen denkbar.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele
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Zeichnung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 5 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.
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Es zeigen
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1: eine Handwerkzeugmaschine in Form eines Bohrhammers mit einer Sensorvorrichtung in einer Seitenansicht,
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2: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elastischen Lagerung der Sensorvorrichtung in einer Draufsicht,
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3: das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerung der Sensorvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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4: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerung der Sensorvorrichtung in einer Draufsicht und
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5: ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerung der Sensorvorrichtung in einer Draufsicht.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine als ein Bohrhammer 11 ausgebildete Werkzeugmaschine 10 mit einem Gehäuse 12 und einer Sensorvorrichtung 14 gezeigt. Die Werkzeugmaschine 10 weist überdies einen Akkumulator 16, einen Haupthandgriff 18, einen Zusatzhandgriff 20 sowie ein in den Haupthandgriff 18 integriertes Hauptbedienelement 22 auf. Zudem ist eine nur schematisch dargestellte Antriebseinheit 24 in Form eines DC- oder EC-Motors 26 in der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen, die mechanisch mittels des Hauptbedienelements 22 angesteuert wird und die über eine nicht näher gezeigte Getriebeeinheit ein nicht näher gezeigtes Schlagwerk und ein Bohrfutter 28 antreibt. Das Bohrfutter 28 ist zur Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs 30 vorgesehen. Da das Antriebsprinzip eines Bohrhammers bereits hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt ist, soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. Für die Erfindung ist dieses auch nicht weiter von Bedeutung.
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Die Sensorvorrichtung 14 dient zur Erkennung eines unbeherrschten Blockierfalls des Bohrhammers 11. Der unbeherrschte Blockierfall kann beispielsweise eintreten, wenn das Einsatzwerkzeug 30 in einem zu bearbeitenden, nicht näher dargestellten Werkstück verklemmt. Ein am Gehäuse 12 wirkendes Reaktionsdrehmoment kann dabei eine Haltekraft eines Bedieners übersteigen. In Folge dreht sich das Gehäuse 12 unkontrolliert um eine Rotationsachse 31 des Einsatzwerkzeugs 30. Dabei ist eine erhöhte Verletzungsgefahr für den Bediener gegeben.
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Die in den 2 und 3 in einem ersten Ausführungsbeispiel näher dargestellte Sensorvorrichtung 14 weist eine Elektronikeinheit 32 mit zumindest einem Sensor 34 auf, der als Beschleunigungssensor 36 ausgebildet und zur Erfassung zumindest eines Bewegungskennwerts des Bohrhammers 11 vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sensorvorrichtung 14 im Bereich des Akkumulators 16 angeordnet. Es können aber auch andere, zur Erfassung des Bewegungskennwertes geeignete Orte innerhalb oder an der Werkzeugmaschine 10 zweckmäßig sein. Bei dem Bohrhammer 11 ist der in 1 dargestellte Ort der Sensorvorrichtung 14 besonders vorteilhaft, da hier im unbeherrschten Blockierfall die größte Auslenkung um die Rotationsachse 31 mit der höchsten Beschleunigung vorliegt. Erreicht oder überschreitet der Bewegungskennwert einen definierten Auslöseschwellwert, der in einem Speicher 38 der Sensorvorrichtung 14 abgelegt ist, greift eine Steuer- oder Regeleinheit 40 der Sensorvorrichtung 14 in die Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit 24 ein und unterbricht deren Bestromung. Zudem ist es denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 40 die motorische Antriebseinheit 24 kurzschließt und aktiv bremst, eine nicht dargestellte, mechanische Bremse aktiviert und/oder eine im Bereich des Bohrfutters 28 angeordnete, mechanische Überrastkupplung 42 öffnet. Auf eine genaue Beschreibung des Verfahrens zur Erkennung eines unbeherrschten Blockierfalls des Bohrhammers 11 soll hier verzichtet werden, da dies bereits aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt und für die Erfindung von eher untergeordneter Bedeutung ist.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 sind der Sensor 34, der Speicher 38 und die Steuer- oder Regeleinheit 40 allesamt auf der Elektronikeinheit 32 der Sensorvorrichtung 14 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest der Speicher 38 und/oder die Steuer- oder Regeleinheit 40 getrennt von der Sensorvorrichtung 14 an einem anderen Ort innerhalb oder an der Werkzeugmaschine 10 angeordnet sind. Dabei kann die Kommunikation zwischen Sensorvorrichtung 14 und Steuer- oder Regeleinheit 40 bzw. Speicher 38 kabelgebunden oder kabellos erfolgen. Eine kabellose Kommunikation ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich die Sensorvorrichtung 14 nicht innerhalb des Gehäuses 12 der Werkzeugmaschine 10 sondern von außen erreich- und ggf. austauschbar an dem Gehäuse 12 befindet.
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Nach dem Stand der Technik ist die Sensorvorrichtung 14 über Lagerstellen 42 fest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Diese Lagerstellen 42 sind sowohl an der Sensorvorrichtung 14 als auch am Gehäuse 12 vorgesehen (vgl. die 4 und 5). Durch Vibrationen des Bohrhammers 11 im Betrieb kann es zu Relativbewegungen an den Lagerstellen 42 der Sensorvorrichtung 14 bzw. der darin enthaltenen Elektronikeinheit 32 kommen. Diese Relativbewegungen können zu einer Fehlerkennung eines Blockierfalls führen, wenn sich die Vibrationen an der Elektronikeinheit 32 infolge eines Spiels in den Lagerstellen 42 von denen des Bohrhammers 11 unterscheiden. Außerdem entstehen durch die Relativbewegungen Verschleiß und Abrieb, wodurch sich das Spiel in den Lagerstellen 42 zusätzlich erhöht und somit das Risiko von Fehlauslösungen weiter vergrößert. Durch dieses vergrößerte Spiel können mit zunehmender Laufzeit des Bohrhammers 11 neue, nicht gewollte Kontaktpunkte zwischen der Sensorvorrichtung 14 bzw. der Elektronikeinheit 32 und dem Gehäuse 12 des Bohrhammers 11 entstehen, die zu Fehlauslösungen führen.
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Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass in dem Gehäuse 12 der Werkzeugmaschine 10 und/oder an der Sensorvorrichtung 14 und/oder an der Elektronikeinheit 32 zumindest eine Lagerstelle 42 vorgesehen ist, die zur Schwingungsdämpfung bzw. -reduzierung zwischen dem Gehäuse 12 und der Elektronikeinheit 32 zumindest ein elastisches Element 44 aufweist, um Fehlerkennungen von bestimmten, insbesondere sicherheitsrelevanten Betriebsfällen deutlich zu reduzieren oder ganz zu vermieden. Weiterhin lässt sich dadurch der Verschleiß der Lagerstellen 42 über die Laufzeit der Werkzeugmaschine 10 reduzieren und das Spiel in den Lagerstellen 42 minimieren. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 ist das elastische Element 44 als ein O-Ring 46 ausgebildet, der jeweils einen Vorsprung 48 der beiden Lagerstellen 42 der Sensorvorrichtung 14 umgreift und so zwischen dem Vorsprung 48 und einer entsprechenden, nicht näher gezeigten Aufnahme des Gehäuses 12 des Bohrhammers 11 angeordnet ist. Durch das elastische Element 44 lassen sich unterschiedliche Vibrationen von Gehäuse 12 und Elektronikeinheit 32 verringern oder vermeiden, die zum Einen durch die notwendigen Toleranzen der Sensorvorrichtung 14 in allen Raumrichtungen zur Aufnahme in das Gehäuse 12 und zum Anderen infolge eines zunehmenden Spiels an den Lagerstellen 42 mit der Laufzeit der Werkzeugmaschine 10 entstehen.
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Statt des O-Rings 46 kann ggf. auch ein Schrumpfschlauch als elastisches Element 44 verwendet werden. Je nach Anforderung an die Schwingungsreduzierung und die örtlichen Gegebenheiten können aber auch Federn oder dergleichen zum Einsatz kommen.
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Alternativ oder ergänzend zum Umgreifen des Vorsprungs 48 kann das elastische Element 44 auch eine Aussparung 50 aufweisen, in die der zumindest eine Vorsprung 48 zur Halterung hineinragt. Dies ist beispielsweise in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 4 gezeigt. Dabei kann in die Lagerstelle 42 ein thermoplastisches Polymer 52 eingespritzt sein. Möglich sind aber auch nicht formgebundene, elastische Elemente, wie beispielsweise eine Knet-, Wachs- oder Silikonpaste. Ebenso sind Mischformen durch die Kombination unterschiedlicher elastischer Elemente 44 denkbar. Überdies besteht die Möglichkeit, ein weiteres elastisches Element 54 auch außerhalb der ursprünglichen Lagerstelle 42 unterzubringen, also an einem beliebigen Punkt zwischen der Sensorvorrichtung 14 und dem Gehäuse 12 oder – in 4 nicht gezeigt – zwischen der Elektronikeinheit 32 und der Sensorvorrichtung 14. Auf diese Weise wird eine neue Lagerstelle 56 definiert, über die eine Ankopplung an das Gehäuse 12 derart erfolgt, dass die Schwingungen zwischen Gehäuse 12 und Elektronikeinheit 32 über die Laufzeit der Werkzeugmaschine 10 im Wesentlichen konstant reduziert bzw. gedämpft sind. Dabei kann das weitere elastische Element 54 vom Aufbau und vom Material her dem elastischen Element 44 in bzw. an der ursprünglichen Lagerstelle 42 entsprechen oder sich davon unterscheiden. Auch ist es möglich, in diesem Fall die ursprüngliche Lagerstelle 42 abweichend von dem Ausführungsbeispiel in 4 ohne elastisches Element auszugestalten.
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5 zeigt eine drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Lagerstellen 42 um jeweils ein elastisches Element 44 ergänzt sind. Das elastische Element 44 ist in diesem Fall als einfacher, quaderförmiger Gummipuffer 58 ausgebildet, der durch Vorsprünge 48 im Gehäuse 12 gehaltert ist. Es kommen aber auch andere formgebundene Elastomere in Form eines Würfels, Elipsoids, Tetraeders, Oktaeders, Kuboktaeders, einer Kugel, Hantel, Pyramide oder dergleichen als elastisches Element 44 in Frage. Auch Kombinationen unterschiedlicher elastischer Elemente 44, 54 innerhalb derselben Lagerstelle 42, 56 und/oder in unterschiedlichen Lagerstellen 42, 56 sind denkbar.
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Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die 1 bis 5 noch auf die Anwendung in einem Bohrhammer beschränkt sind. Die Sensorvorrichtung kann in den verschiedensten Werkzeugmaschinen, bevorzugt jedoch in Handwerkzeugmaschinen oder im Wesentlichen autonom fahrenden Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, in denen es aufgrund eines motorischen Antriebs, der beispielsweise als ein Elektromotor, insbesondere als ein AC-, DC- oder EC-Motor, als ein Piezoantrieb oder als ein Verbrennungsmotor ausgestaltet ist, zu Schwingungen bzw. Vibrationen der Werkzeugmaschine kommt. Ebenso sind hybride Antriebsformen denkbar. Das Prinzip der elastischen Einspannung kann darüber hinaus auf andere Bauteile mit Sensoren in einem Elektrowerkzeug übertragen werden, die aufgrund von Toleranzen oder sonstigen Gründen nicht starr bzw. fest aufgenommen, verpresst, verschraubt oder verklebt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10309414 A1 [0002]
- DE 10332522 A1 [0003]
- DE 102012208180 A1 [0004]
- DE 102011085565 A1 [0005]
