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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Schlagschraubers, und eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen Schlagschrauber zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Schlagschrauber zum Anziehen von Schraubenelementen, wie beispielsweise Gewindemuttern und Schrauben bekannt. Ein Schlagbohrer von diesem Typ umfasst beispielsweise einen Aufbau, bei welchem eine Schlagkraft in einer Drehrichtung durch eine Drehschlagkraft eines Hammers an ein Schraubenelement übertragen wird. Der Schlagbohrer, welcher diesen Aufbau hat, umfasst einen Motor, einen durch den Motor anzutreibenden Hammer, einen Amboss, welcher durch den Hammer geschlagen wird, und ein Werkzeug. Bei dem Schlagbohrer wird der in einem Gehäuse eingebaute Motor angetrieben, wobei der Hammer durch den Motor angetrieben, der Amboss wiederum durch den sich drehenden Hammer geschlagen und eine Schlagkraft an das Werkzeug abgegeben wird. Dabei erzeugen Schlagschrauber aufgrund ihres Aufpralls eine hohe Wiederholrate des Schlagdrehmoments.
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So ist beispielsweise aus der
EP 2 650 085 A2 eine elektronische Kupplung für Schlagschrauber bekannt. Die Kupplung verfügt über einen Stromsensor für den Motor und einen Sensor für die Motorgeschwindigkeit. Zusätzlich verfügt das Gerät über eine Steuerungseinheit, die auf Basis einer Kupplungseinstellung einen Grenzstrom festlegt.
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Oftmals erweist es sich als nachteilig, dass das erzeugte Drehmoment für die verwendeten Befestigungselemente, wie beispielsweise Kreuzschrauben, zu hoch ist, wodurch das Werkzeug den Kontakt zum Schraubenkopf verliert und die Schraubenköpfe beschädigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches Verfahren zur Steuerung einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Schlagschraubers bereitzustellen, wodurch der Einsatzbereich des Schlagschraubers verbreitert wird und ein besser kontrollierbares Verhalten des Schlagschraubers bei hohen Drehmomenten, beispielsweise beim Versenken von Schrauben, ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Steuerung einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Schlagschraubers offenbart. Der Schlagschrauber weist einen Motor mit einer Eingangsspindel und eine Ausgansspindel auf, wobei der Motor die Eingangsspindel in Rotation versetzt und die Ausgangsspindel mit einer Werkzeugaufnahme verbunden ist. Ferner weist der Schlagschrauber einen drehfest mit der Ausgangsspindel verbundenen Amboss und einen Hammer auf. Der Hammer ist derart mit der Eingangsspindel verbunden, dass er infolge der Drehbewegung der Eingangsspindel eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel sowie eine intermittierende rotatorische Bewegung um die Eingangsspindel ausführt. Ferner schlägt der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss auf, wodurch ein Schlag- und ein Drehimpuls an den Amboss und somit an die Ausgangsspindel abgegeben wird. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
- a. Start eines Anschlagmodus durch eine entsprechende Benutzerauswahl;
- b. Betreiben des Motors in einer ersten Motordrehrichtung, wobei die erste Motordrehrichtung mit einem Eindrehen einer Schraube durch die Ausgangsspindel korrespondiert;
- c. Fortlaufendes Bilden eines Differenzwertes einer Motorgeschwindigkeit zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem darauffolgenden zweiten Zeitpunkt;
- d. Überwachen des Differenzwertes der Motorgeschwindigkeit daraufhin, ob er einen festgelegten ersten Grenzwert unterschreitet, wobei der erste Grenzwert den Vorgang des Aufsetzens eines Schraubenkopfes auf ein Werkstück repräsentiert;
- e. Umkehren der Motordrehrichtung des Motors als Folge des Unterschreitens des ersten Grenzwertes des Differenzwertes der Motorgeschwindigkeit und Betreiben des Motors in einer zweiten Motordrehrichtung, wobei die zweite Motordrehrichtung umgekehrt zur ersten Motordrehrichtung ist;
- f. Überwachen einer Motorgeschwindigkeit des Motors daraufhin, ob die Motorgeschwindigkeit einen festgelegten zweiten Grenzwert der Motorgeschwindigkeit überschreitet;
- g. Überwachen eines Motordrehwinkels des Motors daraufhin, ob der Motordrehwinkel einen festgelegten dritten Grenzwert des Motordrehwinkels überschreitet;
- h. Umkehren der Motordrehrichtung des Motors als Folge des Überschreitens des zweiten Grenzwertes durch die Motorgeschwindigkeit und des dritten Grenzwertes durch den Motordrehwinkel; und
- i. Fortsetzen des Verfahrens ab Punkt b) solange, wie die Benutzerauswahl aktiv ist.
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Auf diese Weise kann eine einfache und sichere Überwachung und Steuerung der beiden Parameter Motordrehrichtung und Motorgeschwindigkeit erfolgen, so dass aus der Schlagrate des Hammers in Vorwärtsrichtung eine niedrigere Geschwindigkeit und ein geringeres Schlagmoment des Hammers auf den Amboss resultiert.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren eine automatische Erkennung der Motordrehrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zumindest ein erster Hall-Sensor zur Messung des Motordrehwinkels und zumindest ein zweiter Hall-Sensor zur Messung der Motordrehrichtung verwendet, wodurch eine einfache Messung des Motordrehwinkels und der Motordrehrichtung gewährleistet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform werden basierend auf den Messwerten der Motordrehrichtung und des Motordrehwinkels die Motorgeschwindigkeit, die Motorbeschleunigung, sowie der Differenzwert der Motorgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt bestimmt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in den Schritten d) und g) als zusätzliches Kriterium für das Umkehren der Motordrehrichtung ein Stromprofil des Motors herangezogen. Auf diese Weise ist eine weitestgehende gleichmäßige und störfreie Betätigung des Schraubwerkzeuges ohne Unterbrechung gewährleistet.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein Schlagschrauber, aufweisend ein Gehäuse mit einem Motor, einer Ausgangsspindel, einem Amboss, einem Hammer, einer Steuerungseinheit, zumindest einem ersten Sensor und zumindest einem zweiten Sensor. Der Motor versetzt eine Eingangsspindel in Rotation, wobei die Ausgangsspindel mit einer Werkzeugaufnahme verbunden ist. Der Amboss ist drehfest mit der Ausgangsspindel verbunden und der Hammer ist derart mit der Eingangsspindel verbunden, dass er infolge der Drehbewegung der Eingangsspindel eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel sowie eine intermittierende rotatorische Bewegung um die Eingangsspindel ausführt, wobei der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss aufschlägt und so einen Schlag- und einen Drehimpuls an den Amboss und somit an die Ausgangsspindel abgibt. Der erste Sensor übermittelt ein erstes Signal zur Ermittlung einer Motorgeschwindigkeit an die Steuerungseinheit, wobei der zweite Sensor ein zweites Signal zur Ermittlung eines Motordrehwinkels an die Steuerungseinheit übermittelt. wobei die Steuerungseinheit dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der zumindest eine erste Sensor sowie der zumindest eine zweite Sensor Hall-Sensoren.
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In einer weiteren Ausführungsform speichert der Hammer während seiner intermittierenden Bewegung Energie in einer Kompressionsfeder und setzt diese Energie in Form eines Schlagimpulses des Hammers auf den Amboss frei.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Handwerkezugmaschine ein Schaltelement aufweisen, mittels dessen ein Benutzer das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Betriebsweise der Handwerkezugmaschine anwählen kann. Ein derartiges Schaltelement hat sich für eine einfache Handhabung der Handwerkzeugmaschine als vorteilhaft herausgestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkezugmaschine eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein akkubetriebener Schlagschrauber. Auf diese Weise ist eine flexible und netzunabhängige Benutzung der Handwerkzeugmaschine gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine ein Akku-Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer, wobei als Werkzeug ein Bohrer, eine Bohrkrone oder verschiedene Bitaufsätze verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Handwerkezugmaschine ist insbesondere als Schlagschraubwerkzeug ausgebildet, wobei durch die impulshafte Freisetzung der Motorenergie ein höheres Spitzendrehmoment für ein Einschrauben oder ein Herausschrauben einer Schraube oder einer Schraubenmutter erzeugt wird. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über einen Akku und/oder über eine Stromkabelanbindung an den Korpus Energie weiterleitet.
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Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Schraubwerkzeug in der Drehrichtung flexibel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Verfahren sowohl zum Eindrehen als auch zum Herausdrehen einer Schraube beziehungsweise einer Schraubenmutter verwendet werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung nur einen beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Programmablaufes zur Steuerung einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere eines Schlagschraubers.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine 100, die ein Gehäuse 105 mit einem Handgriff 115 aufweist. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine 100 zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 190 verbindbar. In 1 ist die Handwerkzeugmaschine 100 beispielhaft als Akku-Schlagbohrer ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Schlagbohrer beschränkt ist, sondern vielmehr bei Handwerkzeugmaschinen 100 Anwendung finden kann, bei denen ein Werkzeug in Drehungen versetzt wird, beispielsweise bei einem Akku-Bohrer, einer Akku-Schlagbohrmaschine oder einem Stabschrauber oder einer Schlagbohrmaschine etc.
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In dem Gehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Antriebsmotor 180 und ein Getriebe 170 angeordnet. Der Antriebsmotor 180 ist über das Getriebe 170 mit einer Eingangsspindel 120 verbunden. Der Antriebsmotor 180 ist illustrativ in einem Motorgehäuse 185 angeordnet und das Getriebe 170 in einem Getriebegehäuse 110, wobei das Getriebegehäuse 110 und das Motorgehäuse 185 lediglich beispielhaft in dem Gehäuse 105 angeordnet sind. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 105 eine Steuerungseinheit 370 angeordnet, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors 180 und des Getriebes 170 beispielsweise mittels einer eingestellten Motordrehzahl n, einem angewählten Drehimpuls, einem gewünschten Getriebegang x oder dergleichen auf diese einwirkt.
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Der Antriebsmotor 180 ist beispielsweise über einen Handschalter 195 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar, und kann ein beliebiger Motortyp sein, beispielsweise ein elektronisch kommutierter Motor oder ein Gleichstrommotor. So ist der Antriebsmotor 180 derart elektronisch steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich der gewünschten Motordrehzahl n und des gewünschten Drehimpulses realisierbar sind. Die Funktionsweise und der Aufbau eines geeigneten Antriebsmotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
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Die Eingangsspindel 120 ist drehbar im Gehäuse 105 gelagert und über eine Ausgangsspindel 130 mit einer Werkzeugaufnahme 140 versehen. Die Werkzeugaufnahme 140 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs 150 und kann an die Ausgangsspindel 130 angeformt sein oder aufsatzförmig mit dieser verbunden sein.
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Die Steuerungseinheit 370 steht mit einer Stromquelle in Verbindung. Die Steuerungseinheit 370 ist derart ausgebildet, dass sie den Antriebsmotor 180 mittels verschiedener Stromsignale elektronisch steuer- bzw. regelbar ansteuern kann. Die verschiedenen Stromsignale sorgen für unterschiedliche Drehimpulse des Antriebsmotors 180, wobei die Stromsignale über eine Steuerleitung an den Antriebsmotors 180 geleitet werden. Die Stromquelle kann beispielsweise als Batterie oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Akkupack 190 oder als Netzanschluss ausgebildet sein.
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Ferner können nicht im Detail dargestellte Bedienelemente vorgesehen sein, um verschiedene Betriebsmodi und/oder die Drehrichtung des Antriebsmotors 180 einzustellen.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Schraubwerkzeuges der 1.
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Bei einem Schritt a wird ein Anschlagmodus durch eine entsprechende Benutzerauswahl gestartet. In einem Schritt b wird durch eine Bedienperson ein Handschalter 195 betätigt, wodurch der Antriebmotors 180 in einer ersten Motordrehrichtung startet. Die erste Motordrehrichtung korrespondiert beispielsweise mit einem Eindrehen einer Schraube durch die Ausgangsspindel 130. Abhängig von dem gewählten Betriebsmodus bzw. von der gewählten Ausführungsform kann eine festgelegte Betätigung des Handschalter 195 vorgesehen sein, um den Start der Bestromung des Antriebsmotors 180 zu bewirken.
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Bei dem Schritt c und wird fortlaufend ein Differenzwert einer Motorgeschwindigkeit zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem darauffolgenden zweiten Zeitpunkt gebildet. In Schritt d wird der Differenzwert der Motorgeschwindigkeit daraufhin überwacht, ob er einen festgelegten ersten Grenzwert unterschreitet, wobei der erste Grenzwert den Vorgang des Aufsetzens eines Schraubenkopfes auf ein Werkstück repräsentiert. Ist dies nicht der Fall, so wird zu Schritt b zurückverzweigt. Unterschreitet der Differenzwert der Motorgeschwindigkeit den festgelegten ersten Grenzwert, so wird zu Schritt e verzweigt.
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Bei einem Schritt e wird die Motordrehrichtung des Motors als Folge des Unterschreitens des ersten Grenzwertes des Differenzwertes der Motorgeschwindigkeit und Betreiben des Antriebsmotors 180 in einer zweiten Motordrehrichtung umkehrt, wobei die zweite Motordrehrichtung umgekehrt zur ersten Motordrehrichtung ist. Im Grunde genommen bedeutet dies, dass bei dem Hammer ein Aufprall auf das Werkstück detektiert wurde. Um ein hartes Anschlagen des Hammers an den Amboss zu vermeiden, wird der Hammer angehalten und der Motor dreht rückwärts.
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In Schritt f wird die Motorgeschwindigkeit des Antriebsmotors 180 daraufhin überwacht, ob die Motorgeschwindigkeit einen festgelegten zweiten Grenzwert der Motorgeschwindigkeit überschreitet. In Schritt g wird ein Motordrehwinkel des Antriebsmotors 180 daraufhin überwacht, ob der Motordrehwinkel einen festgelegten dritten Grenzwert des Motordrehwinkels überschreitet.
Ist dies nicht der Fall, so wird zu Schritt e zurückverzweigt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass, wenn sich der Hammer ausreichend rückwärts bewegt und somit der Differenzwert der Motorgeschwindigkeit den festgelegten zweiten Grenzwert überschreitet, in einem Schritt h die Motordrehrichtung des Antriebsmotors 180 als Folge des Überschreitens des zweiten Grenzwertes durch die Motorgeschwindigkeit und des dritten Grenzwertes durch den Motordrehwinkel umgekehrt wird.
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In einem folgenden Schritt i wird das Verfahren ab Schritt b solange fortgesetzt, wie die Benutzerauswahl aktiv ist. Dabei wird der obige Ablauf so lange wiederholt, wie der Benutzer den Handschalter 195 betätigt. Auf diese Weise wird ein geringeres Drehmoment erreicht bei gleichzeitig verringerter Drehgeschwindigkeit und somit eine bessere Kontrollierbarkeit und Nutzbarkeit ermöglicht.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.
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Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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