DE102017107485A1

DE102017107485A1 - Oszillierend antreibbares Handwerkzeug und Verfahren zum Betreiben eines solchen

Info

Publication number: DE102017107485A1
Application number: DE102017107485.6A
Authority: DE
Inventors: Christof Kress; Ulf Rinckleb; Christoph Wohlfrom
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: C&E Fein GmbH and Co
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2018-10-11
Also published as: EP3398725B1; EP3398725A1

Abstract

Es wird ein oszillierend antreibbares Handwerkzeug angegeben, mit einem Antrieb (28) zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, mit mindestens einem Vibrationssensor (32) zur Überwachung von Vibrationen in mindestens einer Ebene, dessen Ausgangssignal (v, v, v) einer Steuereinheit (30) zugeführt ist, die dazu ausgebildet ist, aus dem Ausgangssignal (v, v, v) des Vibrationssensors (32) einen Vibrationskennwert (vk) abzuleiten und dann, wenn der Vibrationskennwert (vk) einen Grenzwert (vk) überschreitet, den Antrieb (28) auszuschalten und anschließend automatisch erneut zu starten.

Description

Die Erfindung betrifft ein oszillierend antreibbares Handwerkzeug, mit einem Antrieb zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, und mit mindestens einem Vibrationssensor zur Überwachung von Vibrationen, dessen Ausgangssignale einer Steuereinheit zugeführt sind.
Ein derartiges Handwerkzeug ist aus der DE 10 2007 014 891 A1 bekannt.
Hierbei sollen zur Ermittlung der Vibrationsbelastung von Personen mittels einer Messeinrichtung die auftretenden Beschleunigungen ermittelt werden und nach Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes gegebenenfalls eine Abschaltung des Handwerkzeugs durchgeführt werden.
Allerdings erfolgt dies im Wesentlichen, indem die Vibrationen über eine längere Betriebsdauer des Werkzeugs erfasst und aufsummiert werden, und dann, wenn ein zeitgewichteter vorgegebener Grenzwert erreicht wird, eine Abschaltung durchgeführt wird.
Es ist hierbei nicht vorgesehen, während des laufenden Betriebs eine Abschaltung vorzunehmen, wenn ein bestimmter Grenzwert für Vibrationen überschritten wird.
Gemäß der WO 2015/197753 A1 ist es ferner bekannt, bei einer Handwerkzeugmaschine in Form eines Bohrhammers einen Sensor zur Erfassung von Vibrationswerten zu verwenden, um bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes die Ausgangsleistung des Handwerkzeugs zu reduzieren.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein oszillierend antreibbares Handwerkzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen anzugeben, wobei eine Überwachung der im Betrieb auftretenden Vibrationen durchgeführt wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine kurzzeitige Abschaltung erfolgt, um das Ausmaß der Vibrationen für einen Benutzer auf physiologisch günstigere Werte zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird bei einem oszillierend antreibbaren Handwerkzeug mit einem Antrieb zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, mit mindestens einem Vibrationssensor zur Überwachung von Vibrationen in mindestens einer Ebene, dessen Ausgangssignale einer Steuereinheit zugeführt sind, dadurch gelöst, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, aus den Ausgangssignalen des Vibrationssensors einen Vibrationskennwert abzuleiten und dann, wenn der Vibrationskennwert einen Maximalwert überschreitet, den Antrieb auszuschalten und anschließend automatisch erneut zu starten.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung ferner durch ein Verfahren zum Betreiben eines oszillierend antriebbaren Handwerkzeugs mit den folgenden Schritten gelöst:

- Starten eines oszillierenden Antriebs;
- zyklische Messung der Beschleunigung in drei Raumrichtungen;
- Berechnen eines Vibrationskennwertes aus den Beschleunigungswerten in drei Raumrichtungen;
- Anhalten des Antriebs, sofern der Vibrationskennwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet; und
- erneutes Starten des oszillierenden Antriebs nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine sorgfältige Überwachung gewährleistet, dass das Handwerkzeug nicht mit zu starken Vibrationen betrieben wird, die einen physiologisch unbedenklichen Grenzwert überschreiten. Da der Antrieb nach dem Ausschalten automatisch erneut gestartet wird, kann die Begrenzung der Vibrationen in einem gewissen Maß für den Benutzer unmerklich erfolgen.
Hierzu kann die Steuereinheit etwa dazu ausgebildet sein, den Antrieb nach einer Abschaltung innerhalb einer Zeitspanne, die im Bereich von 2 Sekunden bis 0,1 Sekunden liegt, vorzugsweise zwischen 1,5 und 0,5 Sekunden liegt, besonders bevorzugt zwischen 1,2 und 0,8 Sekunden liegt, wieder zu starten, vorzugsweise im Sanftanlauf, vorzugsweise bis auf eine voreingestellte Oszillationsfrequenz von bis zu 25000 1/min.
Wenn der automatische Neustart des Antriebs nach einer so kurzen Zeitdauer erfolgt, kann der erneute Anlauf weitgehend unbemerkt für den Benutzer erfolgen, insbesondere wenn der Anlauf im Sanftanlauf erfolgt, d.h. mit im Zeitablauf zunehmender Drehzahl.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Abtastrate zur Ermittlung des Vibrationskennwerts größer als die maximale Oszillationsfrequenz des Antriebs, wobei das Verhältnis zwischen der Abtastrate und der maximalen Oszillationsfrequenz vorzugsweise größer als 2 ist.
Auf diese Weise ist eine ausreichend häufige Abtastung zur Ermittlung des Vibrationskennwerts gewährleistet, um auch bei unterschiedlich großen maximalen Oszillationsfrequenzen die Erfassung des Vibrationskennwertes sicherzustellen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Antrieb mit einem Antriebsmotor zur Erzeugung einer drehoszillierenden Antriebsbewegung einer Werkzeugspindel, an der ein Werkzeug festlegbar ist, um eine feste Achse ausgebildet, wobei die Antriebsbewegung der Werkzeugspindel vorzugsweise mit einem geringen Verschwenkwinkel im Bereich von 0,5° bis 5° und vorzugsweise mit einer hohen Oszillationsfrequenz von bis zu 25000 1/min erfolgt, und wobei der Antriebsmotor zur Erzeugung der drehoszillierenden Antriebsbewegung vorzugsweise mit einem Oszillationsgetriebe gekoppelt ist.
Üblicherweise besteht der Antrieb aus einer Kombination eines Antriebsmotors und eines Oszillationsgetriebes, das die Drehbewegung der Motorwelle des Antriebsmotors in die gewünschte drehoszillierende Antriebsbewegung der Werkzeugspindel um ihre Längsachse umsetzt. Grundsätzlich sind jedoch auch Antriebe denkbar, bei welchen die drehoszillierende Antriebsbewegung der Werkzeugspindel unmittelbar von einem Hydraulikmotor, etwa in Form eine Drehflügelmotors erzeugt wird, der von einem Hydraulikgenerator mit oszillierender Fluidenergie angetrieben wird, wie dies beispielsweise aus der WO 2015/071304 A1 bekannt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb als Baugruppe ausgebildet, die mit einem Gehäuse des Handwerkzeugs über mindestens ein vorzugsweise elastisches Dämpfungselement gekoppelt ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Begrenzung der Vibrationen auf einen vorgegebenen Maximalwert besonders wirksam. Handwerkzeuge, bei denen der Antrieb vibrationsentkoppelt vom Gehäuse angeordnet ist, sind grundsätzlich bekannt, vergleiche z.B. WO 2015/140029 A1 , die hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Vibrationssensor mit dem Gehäuse starr verbunden.
Auf diese Weise können die Vibrationen unmittelbar erfasst werden, selbst wenn der Antrieb mittels elastischer Dämpfungselemente vibrationsmäßig entkoppelt mit dem Gehäuse verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Vibrationssensor auf einer Elektronikplatine aufgenommen, die mit dem Gehäuse starr verbunden ist.
Weiter bevorzugt ist der Vibrationssensor als Beschleunigungssensor ausgebildet, der drei zueinander senkrechte Sensorrichtungen erfasst.
Auf diese Weise kann als Vibrationssensor ein herkömmlicher Beschleunigungssensor verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Vibrationssensor so ausgerichtet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung winkelmäßig versetzt, vorzugsweise um 45°, gegenüber einer Hauptrichtung der Vibrationen angeordnet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass preisgünstigere Vibrationssensoren verwendet werden können, die nur für eine geringere maximale Vibration ausgelegt sind. Wegen der winkelmäßig versetzten Anordnung gegenüber der Hauptvibrationsrichtung sind die erfassten Vibrationswerte geringer. Ist die Sensorrichtung um 45° zur Hauptvibrationsrichtung ausgerichtet, so wird von den zugeordneten Achsen jeweils nur ein Wert erfasst, der der tatsächlichen Beschleunigung dividiert durch Wurzel 2 entspricht, also etwa nur das 0,7-fache. Somit können kostengünstigere Vibrationssensoren verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Ausgangssignale des Vibrationssensors für die drei Sensorrichtungen gesondert auszuwerten und vorzugsweise zu glätten und filtern und daraus ein Summensignal zu berechnen, das als Vibrationskennwert verwendet wird.
Eine derartige Auswertemethode ist besonders präzise, da alle Sensorrichtungen genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Ausgangssignale des Vibrationssensors zunächst gleichzurichten und zu mitteln, bevor daraus der Vibrationskennwert berechnet wird.
Hierdurch ergibt sich eine besonders zuverlässige Ermittlung des Vibrationskennwerts.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, für jedes Ausgangssignal des Vibrationssensors betreffend jede Sensorrichtung das Quadrat zu bilden und als Vibrationskennwert die Wurzel aus der Summe der jeweils mit einem Faktor gewichteten Quadrate zu verwenden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein modifizierter Grenzwert zur Abschaltung verwendet, der von der Oszillationsfrequenz des Handwerkzeugs abhängig ist.
Auf diese Weise kann der physiologische Zusammenhang ausgenutzt werden, dass bei höheren Oszillationsfrequenzen größere Beschleunigungen als bei niedrigeren Oszillationsfrequenzen erträglich sind.
Hierzu ist vorzugsweise ein Mittel zur Messung der Drehzahl des Antriebsmotors vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, aus der Drehzahl des Antriebsmotors einen Proportionalitätsfaktor zu berechnen, mit dem der Grenzwert gewichtet wird, um einen drehzahlgewichteten Grenzwert zu erhalten, bei dessen Überschreiten die Abschaltung und das anschließende Starten des Antriebs erfolgt.
Auf diese Weise kann ein Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors und dem zulässigen maximalen Vibrationswert verwendet werden.
In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung ist ferner ein Mittel zur Messung der Stromaufnahme des Antriebsmotors vorgesehen, vorzugsweise durch Messung des Phasenstroms, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Stromaufnahme des Antriebsmotors zu berechnen, wobei die Stromaufnahme als zusätzliches Abschaltkriterium zum drehzahlgewichteten Grenzwert verwendet wird und eine Abschaltung nur dann erfolgt, wenn sowohl der Vibrationskennwert einen vorbestimmten von der Drehzahl abhängigen Grenzwert überschreitet, als auch die Stromaufnahme des Antriebsmotors einen vorbestimmten von der Drehzahl abhängigen Grenzwert überschreitet.
Auf diese Weise können sowohl eine Abhängigkeit der maximal zulässigen Vibration von der Drehzahl als auch von der Ausgangsleistung des Handwerkzeugs verwendet werden.
Der vorgegebene Grenzwert für den Vibrationskennwert oder der drehzahlgewichtete Grenzwert liegt vorzugsweise bei mindestens 10 g (d.h. 10-fache Erdbeschleunigung), vorzugsweise bei mindestens 12 g.
Sofern ein drehzahlgewichteter Grenzwert zur Abschaltung verwendet wird, so kann dieser tendenziell etwas höher liegen, etwa im Bereich zwischen 14 g und 16 g.
Der Grenzwert oder drehzahlgewichtete Grenzwert betreffend die maximal zulässige Vibration als auch der Grenzwert betreffend die maximal zulässige Stromaufnahme werden bevorzugt aus einer Look-up-Tabelle ausgelesen.
Es versteht sich, dass die vorstehend im Zusammenhang mit dem Handwerkzeug genannten Merkmale auch in Verbindung mit dem oben genannten Verfahren zum Betreiben eines oszillierend antreibbaren Handwerkzeugs verwendbar sind. Es versteht sich ferner, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Handwerkzeugs;
2 eine Darstellung des Handwerkzeugs gemäß 1 nach Abnahme eines Teils des das Handwerkzeug umschließenden Gehäuses;
3 eine Seitenansicht des Handwerkzeugs gemäß 1;
4 einen Schnitt durch das Handwerkzeug gemäß 3 längs der Linie IV-IV;
5 eine perspektivische Ansicht des Vibrationssensors in vergrößerter Darstellung;
6 ein Ablaufdiagramm (Flow-Chart), das den grundsätzlichen Aufbau des Verfahrens zum Erfassen der Vibrationen mittels des Vibrationssensors und zur Berechnung des Vibrationskennwertes nebst Abschalten und Wiederanfahren im Falle einer Überschreitung des Grenzwertes zeigt;
7 ein Ablaufdiagramm, das die Berechnung des Vibrationskennwertes aus den einzelnen Beschleunigungswerten im Detail erläutert; und
8 ein Ablaufdiagramm für eine alternative Ausführung der Erfindung, bei welcher ein modifizierter Vibrationskennwert ermittelt und zur Abschaltung verwendet wird.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Handwerkzeugs dargestellt, das zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, etwa in Form eines Schleif-Schneid- oder Sägewerkzeugs ausgebildet ist.
Das insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnete Handwerkzeug weist ein Gehäuse 12 auf, dessen hinterer Bereich 14 von einer Hand umgriffen werden kann, um das Handwerkzeug 10 auf bequeme Weise in einer Hand halten zu können. An der Oberseite des Gehäuses ist ein Ein-/Ausschalter 16 erkennbar, der zum Ein- bzw. Ausschalten des Handwerkzeugs 10 dient. An der linken Längsseite des Griffbereichs 14 ist ein Stellrad 26 erkennbar, das zum Einstellen der Oszillationsfrequenz dient. Damit kann die Oszillationsfrequenz stufenlos zwischen 10.000 und etwa 20.000 Oszillationen pro Minute eingestellt werden.
Am dem Griffbereich 14 abgewandten vorderen Bereich ist oben ein Spannhebel 18 aufgenommen, der zum Schnellspannen eines Werkzeugs (nicht dargestellt) am äußeren Ende einer Werkzeugspindel 20 dient, die winklig aus dem vorderen Ende des Handwerkzeugs 10 nach unten hervorsteht. Die Werkzeugspindel 20 kann um ihre Längsachse 22 drehoszillierend angetrieben werden, wie durch einen Doppelpfeil 24 angedeutet ist. Der Verschwenkwinkel ist hierbei relativ gering (zwischen etwa 0,5° und 5°), während die Oszillationsfrequenz, wie vorstehend bereits erwähnt, bis zu etwa 20.000 Oszillationen pro Minute betragen kann.
2 zeigt den näheren Aufbau des Handwerkzeugs 10 nach Abnahme des hinteren Gehäuseteils 14 im Griffbereich 14. Im mittleren Bereich des Handwerkzeugs 10 ist ein Antrieb 28 aufgenommen, der als selbsttragende Baueinheit ausgebildet ist und einen Antriebsmotor und ein Oszillationsgetriebe umfasst, wie nachfolgend noch anhand von 4 näher beschrieben wird.
Im hinteren, der Werkzeugspindel 20 angewandten Bereich ist eine Elektronikplatine 19 erkennbar, auf der das Stellrad 26 aufgenommen ist, sowie eine zentrale Steuereinheit (nicht dargestellt) und ein Vibrationssensor 32.
Der nähere Aufbau des Handwerkzeugs 10 ist aus den 3 und 4 ersichtlich.
Aus 4 ist zu ersehen, dass der Antrieb 28 aus dem Antriebsmotor 34 und dem Oszillationsgetriebe 38 besteht. Die Motorwelle 36 des Antriebsmotors 34 treibt hierbei über einen Exzenter eine Oszillationsgabel des Oszillationsgetriebes 38 an und setzt somit eine Drehbewegung der Motorwelle 36 in eine drehoszillierende Antriebsbewegung der Werkzeugspindel 20 um ihre Längsachse um.
Der Antrieb 28 ist mit dem Antriebsmotor 34 und dem Oszillationsgetriebe 38 zusammen als selbsttragende Baueinheit ausgebildet, die über mehrere elastische Dämpfungselemente 40, 42, 44, 46 mit dem Gehäuse 12 gekoppelt ist.
Vibrationen, die vom Antrieb 28 bzw. vom an der Werkzeugspindel 20 aufgenommenen Werkzeug ausgehen, werden somit nur gedämpft auf den Griffbereich 14 des Gehäuses 12 übertragen.
In 4 ist ferner noch die Längsachse des Handwerkzeugs 10 erkennbar, die mit 48 bezeichnet ist, sowie die Hauptrichtung der Vibrationen v, die senkrecht zur Längsachse 48 steht.
Auf der Elektronikplatine 19 ist die zentrale Steuereinheit 30 aufgenommen, die einen Mikroprozessor umfasst, sowie der Vibrationssensor 32.
Der Vibrationssensor 32, der beispielsweise als Piezosensor ausgebildet sein kann, ist vergrößert in 5 dargestellt. Der Vibrationssensor 32 weist drei Sensorachsen x, y, z auf, die rechtwinklig zueinander in einem kartesischen Koordinatensystem angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Vibrationssensor 32 derart auf der Elektronikplatine 29 montiert, dass die Sensorachsen x, y im Winkel vom 45° zur Hauptrichtung v der Vibrationen angeordnet sind, also um 45° gegenüber der Längsachse 48 des Handwerkzeugs 10 winkelmäßig versetzt sind.
Dies hat zur Folge, dass die in der Hauptrichtung v auftretenden Vibrationen nur abgeschwächt von den Sensorachsen x, y erfasst werden, nämlich um einen Faktor Wurzel 2 reduziert. Somit kann ein relativ preisgünstiger Vibrationssensor 32 verwendet werden, der nicht für sehr hohe Beschleunigungsgrenzwerte ausgelegt sein muss.
Das erfindungsgemäß verwendete Verfahren, um mittels des Vibrationssensors 32 gemessene Vibrationen des Handwerkzeugs 10 zu erfassen und um die Vibration des Handwerkzeugs 10 auf ein maximal zulässiges Maß zu begrenzen, wird nachfolgend anhand der 6 bis 8 näher erläutert.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm (Flow-Chart), aus dem das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ersehen ist.
Nach dem Start bei 60 wird der Timer bei 62 auf 0 gesetzt (t = 0).
Anschließend wird bei 64 mittels des Vibrationssensors 32 die Beschleunigung in allen drei Sensorachsen v_x, v_y, v_z gemessen.
Hieraus wird bei 66 ein resultierender Beschleunigungsvektor ermittelt, der anschließend bei 68 gefiltert wird, um hieraus einen Vibrationskennwert vk zu ermitteln.
Die Tastrate, mit der die Beschleunigungswerte v_x, v_y, v_z bei 64 aufgenommen werden, beträgt etwa 1,5 kHz und ist etwa doppelt so groß wie die maximale Oszillationsfrequenz von etwa 20.000 1/min, was ca. 335 Hz entspricht.
Bei 70 wird anschließend abgefragt, ob die abgelaufene Zeit Δt größer als eine vorgegebene Zeitspanne von zum Beispiel 1 s ist.
Ist dies der Fall (y) so erfolgt der weitere Antrieb im Nennbetrieb, was bei 78 angedeutet ist. Bei der anschließenden Abfrage 80 wird geprüft, ob der bei 68 ermittelte Vibrationskennwert vk größer als der Maximalwert vk_max ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um 12,8 g (g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²) handeln. Ist dies der Fall (y), so erfolgt eine Rückschleife 82 zurück zur Initialisierung bei 62. Ist dies nicht der Fall (n), so geht es weiter bei 74, d.h. mit einer Drehzahlregelung auf eine mittels des Stellrades 26 eingestellte Drehzahl bzw. Oszillationsfrequenz. Von dort aus erfolgt eine Rückschleife 76 zurück zur Erfassung der Beschleunigungswerte bei 64.
Ist bei der Abfrage 70 die abgelaufene Zeit Δt kleiner als 1 s (n) so wird die Drehzahl bei 72 weiter gesteigert (Softstart/Hochlauf), bis die Maschine bei 74 in ihrer Drehzahl geregelt wird.
Aus 6 ist zu ersehen, dass dann, wenn der berechnete Vibrationskennwert vk größer als der vorgegebene maximale Vibrationskennwert vk_max ist, der Antrieb angehalten wird und die Maschine unmittelbar wieder neu hochgefahren wird.
Somit kann eine Begrenzung der Vibrationen auf einen maximal zulässigen Wert elektronisch erfolgen, wobei dies für den Benutzer weitgehend unbemerkt ist, da das anschließende Wiederanfahren in einer Zeitdauer erfolgt, die kleiner als 1 s ist.
7 zeigt das Ablaufdiagramm zur zyklischen Messung und Verarbeitung des Vibrationskennwertes vk. Dieses wird bei 6 praktisch zwischen 64 und 68 eingefügt. Die zyklische Messung und Verarbeitung des Vibrationskennwertes vk bei 90 beginnt gemäß 7 bei 92 mit der Messung der Beschleunigungswerte v_x, v_y, v_z für die drei Sensorachsen x, y, z.
Anschließend werden bei 94 die Quadrate der Messwerte v_x ², v_y ², v_z ² ermittelt. Diese werden anschließend bei 96 für die einzelnen Sensorachsen gefiltert, so dass sich die Werte av_x ², av_y ², av_z ² ergeben. Bei 98 wird hieraus der Vibrationskennwert berechnet, indem vorzugsweise die Summe der Werte av_x ² + av_y ²+ av_z ² gebildet wird und hieraus die Wurzel gezogen wird. Grundsätzlich könnten natürlich auch nur eine einzelne Achse oder zwei Achsen verwendet werden. Die Messgenauigkeit ist jedoch am höchsten, wenn sämtliche Sensorachsen x, y, z verwendet werden.
Nach der Berechnung bei 98 geht eine Schleife 100 zurück zum Beginn bei 92.
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Abtastrate der Beschleunigungsmessung höher als die maximale Schwingungsfrequenz. Das Verhältnis ist größer als 2:1.
Eine Abwandlung des zuvor beschriebenen Verfahrens wird im Folgenden anhand von 8 erläutert.
8 zeigt die zyklische Bestimmung eines modifizierten Vibrationskennwertes, bei welchem abgeschaltet wird, was mit 102 verdeutlicht ist. Bei 104 wird zunächst die Drehzahl n gemessen. Dies kann mittels eines gesonderten Drehzahlsensors erfolgen (nicht dargestellt). Da der Antriebsmotor jedoch als EC-Motor ausgebildet ist (elektronisch kommutierter Motor) ist der Steuerung grundsätzlich ohnehin die Frequenz bekannt, so dass ggf. auf einen zusätzlichen Drehzahlsensor verzichtet werden kann.
Bei 106 wird der Vibrationskennwert kn ermittelt, vgl. 7.
Bei 108 wird zusätzlich die Stromaufnahme des Antriebsmotors 34 gemessen, was durch Messung des aktuellen Phasenstroms I erfolgt.
Bei 110 wird anschließend daraus ein drehzahlproportionaler Phasenstrom-Abschaltwert ermittelt, wobei die Drehzahl vorzugsweise mit einem Proportionalitätsfaktor p2 zwischen 1,5 und 2,5 eingeht.
Eine Abschaltung des Antriebs (vgl. 6, Abfrage 80) erfolgt dann, wenn der Vibrationskennwert vk größer als der vorgegebene drehzahlgewichtete Grenzwert vkn_max ist und zusätzlich die drehzahlgewichtete Stromaufnahme I_n größer als die maximal vorgegebene Stromaufnahme I_max ist.
Dabei wird der Phasenstromabschaltwert I_max vorzugsweise aus einer Look-up-Tabelle ermittelt.
Auch der drehzahlgewichtete Grenzwert vkn_max für die maximal zulässige Vibration wird vorzugsweise aus einer Look-up-Tabelle ermittelt.
Der Grenzwert vkn_max ist vorzugsweise etwas größer als im Falle des vereinfachten Verfahrens gemäß 6. In Folge der Drehzahlgewichtung liegt der Abschaltwert vkn_max vorzugsweise im Bereich von 14 g bis 16 g.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007014891 A1 [0002]
WO 2015/197753 A1 [0006]
WO 2015/071304 A1 [0017]
WO 2015/140029 A1 [0019]

Claims

Oszillierend antreibbares Handwerkzeug, mit einem Antrieb (28) zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, mit mindestens einem Vibrationssensor (32) zur Überwachung von Vibrationen in mindestens einer Ebene, dessen Ausgangssignal (v_x, v_y, v_z) einer Steuereinheit (30) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) dazu ausgebildet ist, aus dem Ausgangssignal (v_x, v_y, v_z) des Vibrationssensors (32) einen Vibrationskennwert (vk) abzuleiten und dann, wenn der Vibrationskennwert (vk) einen Grenzwert (vk_max) überschreitet, den Antrieb (28) auszuschalten und anschließend automatisch erneut zu starten.
Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate (f_T) zur Ermittlung des Vibrationskennwerts (vk) höher ist als die maximale Oszillationsfrequenz (f_max) des Antriebs (28), wobei das Verhältnis zwischen der Abtastrate und der maximalen Oszillationsfrequenz (f_T/f_max) vorzugsweise größer als 2 ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) dazu ausgebildet ist, den Antrieb (30) nach einer Abschaltung innerhalb einer Zeitspanne Δt, die im Bereich von 2 Sekunden bis 0,1 Sekunden liegt, vorzugsweise zwischen 1,5 Sekunden und 0,5 Sekunden liegt, besonders bevorzugt zwischen 1,2 Sekunden und 0,8 Sekunden liegt, wieder zu starten, vorzugsweise im Sanftanlauf, vorzugsweise bis auf eine voreingestellte Oszillationsfrequenz von bis zu 25000 1/min.
Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (28) mit einem Antriebsmotor (34) zur Erzeugung einer drehoszillierenden Antriebsbewegung einer Werkzeugspindel (20), an der ein Werkzeug festlegbar ist, um eine feste Achse (22) ausgebildet ist, wobei die Antriebsbewegung der Werkzeugspindel (20) vorzugsweise mit einem geringen Verschwenkwinkel im Bereich von 0,5° bis 5° und vorzugsweise mit einer hohen Oszillationsfrequenz von bis zu 25000 1/min erfolgt, und wobei der Antriebsmotor (34) zur Erzeugung der drehoszillierenden Antriebsbewegung vorzugsweise mit einem Oszillationsgetriebe (38) gekoppelt ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (28) als Baugruppe ausgebildet ist, die mit einem Gehäuse (12) des Handwerkzeugs (10) über mindestens ein vorzugsweise elastisches Dämpfungselement (40, 42, 44, 46) gekoppelt ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationssensor (32) mit dem Gehäuse (12) starr verbunden ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationssensor (32) auf einer Elektronikplatine (30) aufgenommen ist, die mit dem Gehäuse (12) starr verbunden ist.
Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationssensor (32) als Beschleunigungssensor ausgebildet ist, der drei zueinander senkrechte Sensorrichtungen (x, y, z) erfasst.
Handwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationssensor (32) so ausgerichtet ist, dass zumindest eine Sensorrichtung (x, y) winkelmäßig versetzt, vorzugsweise um 45°, gegenüber einer Hauptrichtung (v) der Vibrationen angeordnet ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, ein, zwei oder drei Ausgangssignale des Vibrationssensors für die Sensorrichtungen (x und/oder y und/oder z) gesondert auszuwerten und vorzugsweise zu glätten und zu filtern und vorzugsweise daraus ein Summensignal zu berechnen, das als Vibrationskennwert (vk) verwendet wird.
Handwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, das Summensignal aus den Ausgangssignalen (v_x, v_y, v_z) für alle drei Sensorrichtungen (x, y, z) des Vibrationssensors (32) zu berechnen.
Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, die Ausgangssignale (v_x, v_y, v_z) des Vibrationssensors (32) zunächst gleichzurichten und zu mitteln, bevor daraus der Vibrationskennwert (vk) berechnet wird.
Handwerkzeug nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (vk) dazu ausgebildet ist, für jedes Ausgangssignal (v_x, v_y, v_z) des Vibrationssensors (32) betreffend jede Sensorrichtung (x, y, z) das Quadrat zu bilden und als Vibrationskennwert (vk) die Wurzel aus der Summe der jeweils mit einem Faktor gewichteten Quadrate (av_x ² + av_y ² + av_z ²)^1/2 zu verwenden.
Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein modifizierter Grenzwert verwendet wird, der von der Oszillationsfrequenz (f_max) des Handwerkzeugs (10) abhängig ist, und dass eine Abschaltung nur dann erfolgt, wenn außer dem Vibrationskennwert auch die drehzahlbewertete Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (34) einen Grenzwert überschreitet.
Handwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Messung der Drehzahl (n) des Antriebsmotors (34) vorgesehen ist, und dass die Steuereinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, aus der Drehzahl (n) des Antriebsmotors einen Proportionalitätsfaktor (p1) zu berechnen, mit dem der Grenzwert gewichtet wird, um einen drehzahlgewichteten Grenzwert (vkn_max) zur erhalten, bei dessen Überschreiten die Abschaltung und das anschließende Starten des Antriebs (28) erfolgt, wobei der Proportionalitätsfaktor (p1) vorzugsweise kleiner als drei ist, bevorzugt kleiner als zwei ist, und vorzugsweise in einer Look-up-Tabelle hinterlegt ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Messung der Drehzahl (n) des Antriebsmotors (34) vorgesehen ist, dass ein Mittel zur Messung der Stromaufnahme des Antriebsmotors (34), vorzugsweise durch Messung des Phasenstroms (I), vorgesehen ist, und dass die Steuereinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine drehzahlgewichtete Stromaufnahme (In) des Antriebsmotors (34) zu berechnen, bei welcher ein von der Drehzahl (n) abgeleiteter Proportionalitätsfaktor (p2) verwendet wird, der vorzugsweise zwischen 1,2 und 2,7 liegt, bevorzugt zwischen 1,5 und 2,5, wobei die drehzahlgewichtete Stromaufnahme (In) als zusätzliches Abschaltkriterium zum drehzahlgewichteten Grenzwert verwendet wird und eine Abschaltung nur dann erfolgt, wenn sowohl der Vibrationskennwert (kn) einen vorbestimmten drehzahlgewichteten Grenzwert (vkn_max) überschreitet, als auch die drehzahlgewichtete Stromaufnahme (In) des Antriebsmotors einen vorbestimmten Grenzwert (I_max) überschreitet.
Handwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Grenzwert (vk_max) für den Vibrationskennnwert oder der drehzahlgewichtete Grenzwert (vkn_max) bei mindestens 10 g, vorzugsweise zwischen 14 g und 16 g liegt.
Verfahren zum Betreiben eines oszillierend antreibbaren Handwerkzeugs, mit den folgenden Schritten: - Starten eines oszillierenden Antriebs (28); - zyklische Messung der Beschleunigung (v_x, v_y, v_z) in drei Raumrichtungen; - Berechnen eines Vibrationskennwertes (vk) aus den Beschleunigungswerten (v_x, v_y, v_z) in den drei Raumrichtungen (x, y, z); - Anhalten des Antriebs, sofern der Vibrationskennwert (vk) einen vorgegebenen Grenzwert (vk_max) überschreitet; und - erneutes Starten des oszillierenden Antriebs (28) vor Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Δt<t₁).