DE202014009989U1

DE202014009989U1 - Oszillationswerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE202014009989U1
Application number: DE202014009989.8U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2015-01-16
Anticipated expiration: 2024-12-18
Also published as: CN205588250U

Abstract

Oszillationswerkzeugmaschine (10) zum Antrieb eines um eine Drehachse (32) oszillierenden Oszillationswerkzeugs (22), mit einer Steuer- oder Regeleinheit (12), einer Antriebseinheit (14) und mit zumindest einer Sensoreinheit (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) eine Beschleunigung oder Drehrate der Oszillationswerkzeugmaschine (10) erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit (12) die Antriebseinheit (14) zumindest in Abhängigkeit des durch die Sensoreinheit (16) ermittelten Beschleunigungs- oder Drehratenwerts steuert oder regelt.

Description

Stand der Technik
Es sind bereits Oszillationswerkzeugmaschinen mit einer Steuereinheit zur Steuerung einer Antriebseinheit bekannt. Dabei steuert ein Anwender über ein Stellrad eine Drehzahl eines Antriebsmotors. Dadurch wird mittelbar eine Schwingungszahl bzw. Frequenz eines oszillierenden Werkzeugs festgelegt. Die Oszillationswerkzeugmaschine ist somit für gewisse Anwendungsfälle grob steuerbar. Nachteilig an solchen Oszillationswerkzeugmaschinen ist, dass mitunter unerwünscht starke Vibrationen, nicht nur am Oszillationswerkzeug sondern auch in und an der Oszillationswerkzeugmaschine auftreten. Diese Vibrationen wirken sich negativ auf den Bedienkomfort aus. Insbesondere am Gehäuse und dem typischerweise dadurch gebildeten oder daran angebrachten Handgriff, als Schnittstelle zum Anwender, ist dies für den Komfort nachteilig. Der Anwender kann ermüden, und es kann zu Taubheitsgefühlen insbesondere in der/den die Oszillationswerkzeugmaschine führenden Anwenderhand/-händen kommen.
Aus der DE 10 2012 103 587 A1 sind Schwingungs- bzw. Vibrationsentkoppelungselemente zwischen der Antriebseinheit und dem Gehäuse bekannt. Dabei ist sowohl die Antriebseinheit, als auch die Getriebeeinheit mittels elastischer Elemente mit dem Gehäuse bzw. Handgriff verbunden, wodurch dieses/dieser schwingungsdämpfend von der Gehäuse- oder Antriebseinheit entkoppelt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Oszillationswerkzeugmaschine zum Antrieb eines um eine Drehachse oszillierenden Oszillationswerkzeugs, die eine Steuer- oder Regeleinheit, einer Antriebseinheit und zumindest eine Sensoreinheit umfasst.
Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit eine Beschleunigung oder Drehrate der Oszillationswerkzeugmaschine erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit die Antriebseinheit zumindest in Abhängigkeit des durch die Sensoreinheit ermittelten Beschleunigungs- oder Drehratenwerts steuert oder regelt. Unter „Oszillationswerkzeugmaschine” soll insbesondere eine handgehaltene Werkzeugmaschine mit einem oszillierend angetriebenen Werkzeug verstanden sein. Solche Oszillationswerkzeugmaschinen können auch als Multifunktionsgeräte, beispielsweise „Bosch PMF 10,8 LI” bezeichnet werden. Die Oszillationswerkzeugmaschine ist zumindest für Säge-, Trenn, Schneid-, Schab-, Fräs- und Schleifarbeiten geeignet. Als Werkzeuge sind zumindest entsprechende Säg-, Trenn, Schneid-, Schab-, Fräs- und Schleifwerkzeuge an eine Werkzeugaufnahme applizierbar. Das applizierte Werkzeug oszilliert beispielsweise mit einer einstellbaren Oszillationsfrequenz von 1000 bis 100000 Schwingungen pro Minute, bevorzugt mit 5000 bis 30000 Schwingungen pro Minute und besonders bevorzugt mit 20000 Schwingungen pro Minute kann aber auch höher- oder niederfrequent betrieben werden. Der Oszillationsbewegung beträgt beispielsweise einen Winkel von weniger als ±10°, bevorzugt gleich oder weniger als ±5° und besonders bevorzugt rund ±1,4°.
Die Steuer- oder Regeleinheit ist bevorzugt zur Steuerung oder Regelung einer Drehzahl und/oder eines Stroms der Antriebseinheit vorgesehen. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Element und/oder eine Einheit zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Element und/oder die Einheit diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllen/erfüllt und/oder ausführen/ausführt. Unter „Steuer- oder Regeleinheit” soll insbesondere eine dem Fachmann bekannte Einheit mit zumindest einer Steuer- oder Regelelektronik verstanden werden. Die Steuer- oder Regeleinheit empfängt vorzugsweise elektrische Signale der Sensoreinheit, die bei einer Steuerung oder Regelung der Antriebseinheit berücksichtigt werden. Hierzu ist die Steuer- oder Regeleinheit vorzugsweise zumindest elektrisch und/oder datentechnisch, drahtgebunden und/oder drahtlos, mit der Sensoreinheit verbunden. Darüber hinaus kann die Steuer- oder Regeleinheit das Signal der Sensoreinheit zur Steuer- oder Regelung der Antriebseinheit verarbeiten. Zur Steuer- oder Regelung der Antriebseinheit sendet die Steuer- oder Regelung vorzugsweise elektrische Signale an die Antriebseinheit. Die Signalübertragung kann dabei in gleicher Weise wie die Signalübertragung zwischen der Sensoreinheit und Steuer- oder Regeleinheit erfolgen.
Die Steuer- oder Regeleinheit umfasst zumindest ein Betriebsprogramm, das zumindest einen Algorithmus zu einer Bestimmung einer vorliegenden Beschleunigung, bzw. Schwingung oder Vibration aus dem Sensorsignal aufweist. Damit erfasst die Steuer- oder Regeleinheit bevorzugt einen Beschleunigungs-, Schwingungs- oder Vibrationszustand der Oszillationswerkzeugmaschine, insbesondere in Form einer Frequenz und korrespondierenden Amplitude. Das Sensorsignal ist dabei bevorzugt ein Spannungs- und/oder Stromsignal, welches es der Sensoreinheit und/oder der Steuer- oder Regeleinheit erlaubt, daraus einen Beschleunigungswert in einer einem Fachmann bekannten Weise zu bestimmen. Darunter, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Oszillationswerkzeugmaschine steuert oder regelt, soll insbesondere eine Steuer- oder Regelung von Betriebsparametern der Oszillationswerkzeugmaschine verstanden werden. Unter „Betriebsparameter” der Oszillationswerkzeugmaschine soll hierbei insbesondere die Drehzahl und/oder der Strom der Antriebseinheit verstanden werden.
Die Antriebseinheit ist vorzugsweise als Elektromotoreinheit ausgebildet. Die Antriebseinheit wird beispielsweise von einer Energieversorgungseinrichtung gespeist, beispielsweise einem Stromnetzanschluss oder einer Akkumulatoreinheit. Hierbei kann die Antriebseinheit als Wechselstromelektromotoreinheit oder als Gleichstrommotoreinheit, insbesondere EC-Motoreinheit, ausgebildet sein. Die Steuer- oder Regeleinheit umfasst ferner insbesondere ein Betriebsprogramm und/oder eine Betriebsfunktion, das und/oder die zumindest einen Algorithmus zu einer Bestimmung einer Ist-Drehzahl der Antriebseinheit aus einem Signal der Sensoreinheit aufweist. Vorzugweise ist die Ist-Drehzahl der Antriebseinheit mittels einer Fourieranalyse, mittels einer Phasenregelschleife (PLL) und/oder mittels eines Frequenzkamms (Kovarianz) aus zumindest einem Signal der Sensoreinheit bestimmbar. Zusätzlich sind auch andere oder ergänzende Verfahren zur Beschleunigungs- oder Drehzahlbestimmung denkbar. Beispielsweise kann eine Drehzahlbestimmung mittels eines Verfahrens zu einer Bestimmung einer Periodendauer aus einem Zeitsignal erfolgen, bei dem eine Zeit zwischen zwei Signalspitzen oder zwei Nulldurchgängen des Beschleunigungssignals messbar und daraus eine Frequenz ermittelbar ist. In Abhängigkeit einer Signalgüte ist hierbei eine Vorverarbeitung mittels eines Bandpassfilters sinnvoll. Alternativ ist die Zeit zwischen mehreren Signalspitzen oder Nulldurchgängen ermittelbar, wodurch die berechnete Frequenz über mehrere Perioden gemittelt ist.
Charakteristisch auftretende Beschleunigungs-, Schwingungs- bzw. Vibrationswerte oder -muster der Oszillationswerkzeugmaschine, insbesondere in verschiedenen Betriebszuständen, können zumindest mit auf einer Speichereinheit der Steuer- oder Regeleinheit hinterlegten Beschleunigungs-, Schwingungs- bzw. Vibrationswerten korreliert werden. Ferner können die charakteristisch auftretende Beschleunigungs-, Schwingungs- bzw. Vibrationswerte oder -muster der Oszillationswerkzeugmaschine auch mit Ist-Drehzahlen und/oder Stromaufnahmewerten der Antriebseinheit korreliert werden. Dadurch kann vorteilhaft bestimmt werden, welches Oszillationswerkzeug gerade verwendet wird, bzw. welches Oszillationswerkzeug an der Werkzeugaufnahme appliziert ist. Ferner können durch die Korrelation auch Werkstückeigenschaften erkannt werden. Beispielsweise verändert sich das Schwingungsverhalten der Oszillationswerkzeugmaschine, sobald das Oszillationswerkzeug ein Werkstück bearbeitet. Ferner ändert es sich aufgrund des Trägheitsunterschieds bei unterschiedlich applizierten Oszillationswerkzeugen. Das Schwingverhalten hängt ferner davon ab, was für ein Werkstück, also was für ein Werkstückmaterial und/oder welche Werkstückgeometrie, bearbeitet wird. Es können somit auch Anwendungsfälle, beispielsweise das Schneiden eines Rundstabs aus Vollmaterial oder eines hohlen Rohres aus Eisen, erkannt werden. Somit lassen sich durch die Analyse des Schwingverhaltens der Oszillationswerkzeugmaschine mittels des Signals der Sensoreinheit und der Steuer- oder Regeleinheit an der Oszillationswerkzeugmaschine applizierte Oszillationswerkzeuge und/oder Werkstückeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks bestimmen. Andererseits kann nach einem Erkennen des Anwendungsfalls, des Oszillationswerkzeugs oder dem Erkennen von Werkstückeigenschaften die Steuer- oder Regeleinheit bevorzugt adäquate Soll-Drehzahlen der Antriebseinheit vorgeben und bevorzugt ferner die Ist-Drehzahl der Antriebseinheit entsprechend nachregeln.
Vorteilhafterweise kann dadurch die Oszillationswerkzeugmaschine derart gesteuert oder geregelt werden, dass die Schwingungszahl auf das verwendete Oszillationswerkzeug optimal abgestimmt ist. Optimale Schwingungszahlen je Werkzeug und/oder Anwendungsfall können dabei gemäß existierender Erfahrungswerte beispielsweise aus Tabellenbüchern oder mittels empirischer Versuche festgestellt werden und in der Speichereinheit der Steuer- oder Regeleinheit abrufbar abgelegt sein. Idealerweise kann dadurch sogar das Stellrad zur Festlegung der Soll-Drehzahl, insbesondere einer Leerlauf- oder Lastdrehzahl, entfallen. Dies führt vorteilhaft zu Kosteneinsparungen und/oder einer bedienerfreundlicheren Handhabung. Die Antriebsdrehzahl der Oszillationswerkzeugmaschine kann dadurch optimal auf das Material oder die Geometrie abgestimmt gesteuert oder geregelt werden. „Optimal” soll in diesem Zusammenhang als mit hoher Güte ohne die Verursachung ungewollte Beschädigungen des Werkstücks, z. B. Riefen oder Kratzer, verstanden werden. Darüber hinaus ist es durch den Gegenstand der Erfindung möglich, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Antriebsdrehzahl der Oszillationswerkzeugmaschine trotz variierender Last konstant steuert oder regelt. Somit wird auch bei unterschiedlichem Vorschub der Oszillationswerkzeugmaschine, unterschiedlicher Andruckkraft durch den Anwender und weiterer Einflussfaktoren wie beispielsweise Werkstückeigenschaften, die, insbesondere anwendungsfallspezifische, optimale Antriebsdrehzahl, insbesondere konstant, gesteuert oder geregelt.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Sensoreinheit zumindest ein als Beschleunigungssensor oder als Drehratensensor ausgebildetes Sensorelement. Unter Sensoreinheit soll beispielsweise eine Einheit aus einem Gehäuse und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Leiterplatte verstanden werden, auf welcher das Sensorelement angeordnet ist. Zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse kann ein Elastomerelement angeordnet sein, welche die Leiterplatte mechanisch von dem Gehäuse entkoppelt. Störungen in Form von Störschwingungen bzw. Störfrequenzen, welche auf das Gehäuse einwirken können, werden durch das Elastomerelement gedämpft. Des Weiteren können durch das leitende Elastomerelement zusätzliche Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte eingespart werden. Das Sensorelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen Beschleunigungswerte oder Drehratenwerte zu ermitteln und an die Steuer- oder Regelungseinheit zu übermitteln. Das Sensorelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen Beschleunigungs- oder Drehratenwerte aufzunehmen, die zumindest im Wesentlichen quer zur Längsachse des Gehäuses, bzw. um die Drehachse der Oszillationswerkzeugmaschinen auftreten. Die Längsachse verläuft dabei im Wesentlichen in der Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses der Oszillationswerkzeugmaschine. Die Drehachse stellt die Achse dar, um die das Oszillationswerkzeug dreht bzw. oszilliert. Da Oszillationswerkzeuge aber in unterschiedlichen Winkeln an der Werkzeugaufnahme applizierbar, sind ist es sinnvoll, zumindest ein oder mehrere weitere Sensorelemente, welche zumindest auch Beschleunigungen in Längsachsrichtung erfassen, vorzusehen. Idealerweise ist jedoch ein Dreiwegebeschleunigungssensor appliziert, der nebst Beschleunigungen in Richtung der Längs- und Querachse auch die vertikale Beschleunigung in Richtung der Drehachse des Oszillationswerkzeugs aufnimmt. Die Steuer- oder Regeleinheit kann mittels der ermittelten Beschleunigungssignale in den zumindest zwei bzw. drei Raumrichtungen somit die vorliegende kombinierte Beschleunigung berechnen. Der Ausdruck „im Wesentlichen quer” zur Längsachse soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zur Längsachse als Bezugsrichtung definieren. Dabei schließt die Richtung relativ zur Bezugsrichtung insbesondere einen Winkel von 90° ein, wobei der Winkel eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° von dem 90° Winkel aufweist. Die Sensoreinheit ist bevorzugt dazu vorgesehen, Beschleunigungen bzw. Vibrationen und/oder Drehraten der Oszillationswerkzeugmaschine in deren Betrieb zu erfassen.
Des Weiteren wird eine Oszillationswerkzeugmaschine vorgestellt, deren zumindest eine Sensoreinheit oder Sensorelement in einem Randbereich eines Gehäuses der Oszillationswerkzeugmaschine, insbesondere innerhalb eines Griffbereichs oder an einem zu einem Oszillationswerkzeug distalen Ende der Oszillationswerkzeugmaschine, angeordnet ist. Bevorzugt kann das zumindest eine Sensorelement auch auf der Leiterplatte der Steuer- oder Regeleinheit angeordnet sein.
Unter einem Randbereich des Gehäuses soll insbesondere ein Front- oder Endbereich des Oszillationswerkzeugmaschinengehäuses verstanden werden. Zudem kann unter Randbereich auch ein oberflächennaher Gehäusebereich verstanden werden, wobei dieser insbesondere in Griffnähe liegt. Unter oberflächennah soll insbesondere nicht mehr als 10 mm von der Gehäuseoberfläche, bevorzugt weniger als 5 mm von der Gehäuseoberfläche beabstandet verstanden werden. Bevorzugt ist die Sensoreinheit an der innenliegenden, die Antriebs- oder Getriebeeinheit umschließenden Gehäusewand bzw. -schale angeordnet. Typischerweise sind die Gehäuse von Oszillationswerkzeugmaschinen aus zumindest zwei Schalen oder als Topfgehäuse aufgebaut. Somit eignen sich sämtliche Randbereiche, bevorzugt griffnahe Bereiche des Gehäuses, an denen ein Anwender typischerweise die Oszillationswerkzeugmaschine umgreift. Unter griffnaher Bereich oder ein innerhalb des Griffbereichs liegender Bereich soll der Bereich verstanden werden, der von einem Anwender typischerweise umgriffen wird. Ferner ist der Hauptgriffbereich typischerweise im mittleren Bereich des Oszillationswerkzeugmaschinengehäuses auf dessen Oberfläche sowie ein weiterer Griffbereich im Frontbereich des Oszillationswerkzeugmaschinengehäuses angeordnet. Dies ermöglicht dem Anwender insbesondere eine zweihändig Führung der Oszillationswerkzeugmaschine. Das Sensorelement kann bevorzugt im Bereich einer Netz- oder Akkuanbindungsschnittstelle oder eines Drehzahlstellrads angeordnet sein. Hier treten typischerweise die stärksten Schwingungen bzw. höchsten Beschleunigungen der Oszillationswerkzeugmaschine auf. Diese lassen sich deshalb vorteilhaft leicht abgreifen, messen oder erfassen; andererseits ist die Akkumulatoreinheit ein schwingungsempfindliches Bauteil, welches bei starken Schwingungen Schaden nehmen kann. Deshalb eignet sich der Bereich der Netz- oder Akkuanbindungsschnittstelle besonders gut zur Erfassung von Beschleunigungswerten bzw. zur Applikation der/des zumindest einen Sensoreinheit/-elements.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Antriebseinheit zumindest in Abhängigkeit des ermittelten Beschleunigungs- oder Drehratenwerts und zumindest in Abhängigkeit eines in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit hinterlegten zulässigen Beschleunigungs- oder Drehratenwerts steuert oder regelt. Unter „zulässiger Beschleunigungs- oder Drehratenwert” soll hierbei beispielsweise ein durch eine Norm vorgegebener Beschleunigungs- oder Drehratengrenzwert verstanden werden. Dieser Grenzwert soll einem Anwender ein ermüdungsfreies Arbeiten über einen Zeitraum von mehreren Stunden, insbesondere über die Länge eines Arbeitstags ermöglichen, ohne den Anwender gesundheitlich zu beeinträchtigen oder gar zu gefährden. Die Steuer- oder Regeleinheit prüft bzw. vergleicht dazu die aktuell vorliegenden Beschleunigungs- oder Drehratenwerte mit in der Speichereinheit bzw. in einem Speicher der Speichereinheit abgelegten Beschleunigungs- oder Drehratenreferenz-/-grenzwerten. Die Steuer- oder Regeleinheit ist dabei bevorzugt in der Lage, die Amplitude eines Beschleunigungs- oder Drehratenwerts bei einer bestimmten Frequenz zu ermitteln. Desweiteren sind in der Steuer- oder Regeleinheit Grenzwerte in Form von kritischen Amplituden, insbesondere Drehzahl – oder Frequenzabhängig abgelegt. Der Grenzwert kann einen konstanten Order variierenden Amplitudenwert über den gesamten Drehzahl- oder Frequenzbereich darstellen. Insbesondere sinkt der Grenzwert bzw. der korrespondierende zulässige Amplitudenwert mit steigender Drehzahl. Bei einem Annähern der Ist-Amplitudenwerte an einen hinterlegten Grenzwert oder beim Vorliegen eines ungewollten Überschreitens greift die Steuer- oder Regeleinheit derart ein, dass der Beschleunigungs- oder Drehratenwert auf ein gewünschtes Niveau abgesenkt wird. Bevorzugt greift die Steuer- oder Regeleinheit zur Verschiebung einer Drehzahl in einen unkritischen Schwingungs-/Amplitudenwertbereich erst dann ein, wenn die Schwingungsamplitude eine definierte Mindestdauer im kritischen Bereich verweilt. Das gewünschte Niveau liegt dabei zumindest unterhalb, bevorzugt deutlich unterhalb des Grenzwerts, besonders bevorzugt bei weniger als 75%, ganz besonders bevorzugt bei weniger als 25% des Grenzwerts. Falls in einem speziellen Anwendungsfall trotz steuer- oder regelungstechnischer Versuche zur Absenkung der Beschleunigungs- oder Drehratenwerte ein Grenzwert nicht unterschritten werden kann, kann beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben werden. Das Warnsignal kann ein optisches oder akustisches Warnsignal sein. Ein Hinweis kann optisch, akustisch oder durch selbstständige Abschaltung des Tools erfolgen. Insbesondere ein optisches Ampelsystem für eine gestaffelte Warnung des Anwenders vor einer Abschaltung ist denkbar. Dies kann beispielsweise mit für einen Anwender gut sichtbaren grün, gelb und rot leuchtenden Leuchtdioden umgesetzt werden. Vorteilhafterweise kann auch hiermit der Anwenderkomfort gesteigert und die Gesundheitsbelastung minimiert werden. Auch eine insbesondere erzwungene Oszillationswerkzeugmaschinenabschaltung ist steuer- oder regeltechnisch möglich. Ebenfalls ist eine in der Steuer- oder Regeleinheit integrierte Dosimeterfunktion denkbar. Unter Dosimeterfunktion soll hier eine Ausgabe eines Hinweises auf Überschreitung einer zulässigen Schwingunstagesdosis für einen Bearbeiter verstanden werden. Vorteilhafterweise lässt sich durch die vorgenannte Erfindung als Alternative oder Ergänzung zur Verwendung von Schwingungsentkoppelungselementen nach dem Stand der Technik der Anwenderkomfort steigern sowie die Leistungsfähigkeit des Oszillationswerkzeugs beispielsweise in Form von Zerspanvolumen, Abtragrate oder Sägestrecke steigern. Ein vorzeitiges Ermüden des Anwenders kann gegenüber der Verwendung von herkömmlichen Oszillationswerkzeugmaschinen vermieden werden. Ebenso können Taubheitsgefühle, insbesondere in der die Oszillationswerkzeugmaschine primär umgreifenden oder führenden Anwenderhand, vermieden werden. Der ergonomische Komfort wird überdies gesteigert. Die Geräuschemission wird minimiert. Darüber hinaus kann die Oszillationswerkzeugmaschine sowie deren Einzelkomponenten geschont werden. Frühzeitiger Verschleiß, insbesondere elektronischer Komponenten, wie beispielsweise des Akkumulators, werden vermieden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der zulässige Beschleunigungs- oder Drehratenwert ein Wert ist, den ein Bediener über eine definierte Nutzungsdauer der Oszillationswerkzeugmaschine nicht überschreiten darf. Dieser kann beispielsweise bei einer Nutzungsdauer von 8 Stunden pro Tag auf einen Beschleunigungswert von beispielsweise 2,5 m/s² begrenzt sein. Der zulässige Beschleunigungswert kann aber auch bei einer, insbesondere verkürzten Nutzungsdauer von beispielsweise einer halben, einer oder zwei Stunden, bei weniger als 20 m/s², bevorzugt weniger als 15 m/s² und besonders bevorzugt weniger als 10 m/s² liegen. Durch länder- oder regionenspezifische Programmierung der Steuer- oder Regeleinheit lassen sich vorteilhafterweise länderspezifische Grenzwerte sicher einhalten.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Antriebseinheit derart steuert oder regelt, dass eine Schwingung der Oszillationswerkzeugmaschine außerhalb einer Eigen- und/oder Oberschwingung der Oszillationswerkzeugmaschine liegt, insbesondere durch eine Drehzahländerung der Antriebseinheit. Unter „Eigen- und/oder Oberschwingung” soll insbesondere ein Resonanzfall der Oszillationswerkzeugmaschine verstanden werden. Dabei kommt es bei bestimmten Drehzahlen der Antriebseinheit oder Schwingungszahlen des Oszillationswerkezeugs bekanntlich zu einer massiven Amplitudenerhöhung. Diese Amplitudenerhöhung kann vom Anwender als besonders unangenehm empfunden werden. Zudem wird das Arbeitsergebnis negativ beeinflusst bis hin zur Schädigung des zu bearbeitenden Werkstücks. Darüber hinaus wird die Oszillationswerkzeugmaschine inkl. aller Einzelkomponenten belastet. Gegenstand der Erfindung ist es deshalb, ferner eine Oszillationswerkzeugmaschine mit einer derart programmierten Steuer- oder Regelungseinheit bereitzustellen, die Eigen- und/oder Oberschwingung fördernde Drehzahlbereiche meidet. Unter Meidung soll insbesondere eine Vermeidung im Dauerbetrieb oder Leerlauffall verstanden werden. Zudem sollen diese Bereiche beim verändern der Drehzahl der Antriebseinheit, insbesondere im Leerlauf- oder Lastfall, rasch „durchfahren” werden. Darüber hinaus kann die Oszillationswerkzeugmaschine auch das zu bearbeitende Werkstück zu Eigen- und/oder Oberschwingungen anregen. Bevorzugt erkennt bzw. detektiert die Steuer- oder Regeleinheit der Oszillationswerkzeugmaschine mittels der Sensoreinheit auch diese Fälle und kann sie entsprechend vermeiden. Dadurch kann vorteilhafterweise der Eigen- und/oder Oberschwingungsbereich der Oszillationswerkzeugmaschine bzw. des zu bearbeitenden Werkstücks gemieden werden. Vorteilhafterweise kann dadurch Verschleiß der Werkzeugmaschine vermieden sowie die Arbeitsqualität gesteigert werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regeleinheit eine Drehzahl der Antriebseinheit in einem Leerlauffall absenkt. Unter „Leerlauffall” soll der Zustand verstanden werden in dem die Oszillationswerkzeugmaschine zwar in Betrieb ist aber kein Werkstück bearbeitet. Das Oszillationswerkzeug steht also nicht im Bearbeitungseingriff. In solchen Fällen kommt es verstärkt zu für den Anwender unangenehmen und spürbaren Vibrationen. Eine Dämpfung dieser Vibrationen bzw. Schwingungen durch das zu bearbeitenden Werkstück entfällt zudem. Falls keine lastunabhängige, also keine konstante Drehzahlregelung erfolgt, erhöht sich mitunter die Drehzahl der Antriebseinheit des Werkzeugs der Oszillationswerkzeugmaschine. Durch Erkennung und sukzessive Absenkung der Drehzahl kann in einem solchen Leerlauffall vorteilhaft Energie eingespart werden. Die Akkulaufzeit je Ladung verlängert sich, Vibrationen und hohe Schwingungszahlen werden vermieden, der Komfort gesteigert, die Geräuschbelastung gesenkt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regeleinheit eine Drehzahl der Antriebseinheit in einem Lastfall steigert. Unter „Lastfall” soll der Zustand verstanden werden, in dem die Oszillationswerkzeugmaschine ein Werkstück bearbeitet. Ein Oszillationswerkzeug befindet sich demnach im Eingriff. Der Widerstand ist insbesondere für die Antriebseinheit gegenüber dem Leerlauffall erhöht. Die Steuer- oder Regeleinheit erhöht die Drehzahl der Antriebseinheit derart, dass die Beschleunigung bzw. Drehrate der Oszillationswerkzeugmaschine an ein noch zulässiges Beschleunigungs- bzw. Drehratenniveau der Oszillationswerkzeugmaschine angenähert wird. Vorteilhafterweise lässt sich dadurch beispielweise das Zerspan-, Abtrags- oder Schneidvolumen steigern. Ferner wird dadurch bei gleichzeitiger Einhaltung von Beschleunigungs- und/oder Drehratengrenzwerten ein bevorzugt hohes Zerspan-, Abtrags- oder Schneidvolumen erzielt.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Antriebseinheit derart steuert oder regelt, dass der ermittelte Beschleunigungswert sowohl in einem Leerlauf- als auch einem Lastfall der Oszillationswerkzeugmaschine den maximal zulässigen Beschleunigungswert nicht überschreiten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Oszillationswerkezugmaschine den vorgeschriebenen bzw. zulässigen Beschleunigungs- oder Drehratenwert insbesondere durchschnittlich und/oder dauerhaft unterschreitet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Oszillationswerkzeugmaschine in einer schematischen Darstellung,
2 einen beispielhaften Amplitudenverlauf eines Beschleunigungs- oder Drehratensignals in Abhängigkeit der Drehzahl bzw. Frequenz einer Oszillationswerkzeugmaschine für einen konkreten Betriebszustand,
3 einen alternativer Amplitudenverlauf eines Beschleunigungs- oder Drehratensignals in Abhängigkeit der Drehzahl bzw. Frequenz einer Oszillationswerkzeugmaschine für einen konkreten Betriebszustand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Oszillationswerkzeugmaschine 10 zum Antrieb eines um eine Drehachse 32 oszillierenden Oszillationswerkzeugs 22, die als tragbare Oszillationswerkzeugmaschine 10 ausgebildet ist. Die Drehachse 32 erstreckt sich dabei bevorzugt senkrecht zu einer Längsachse 36 der Oszillationswerkzeugmaschine 10. Die Oszillationswerkzeugmaschine 10 ist ferner als handgehaltene stabförmige Oszillationswerkzeugmaschine 10 ausgeformt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Oszillationswerkzeugmaschine 10 in einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausgestaltung als bügelförmige, winklige, oder als eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Oszillationswerkzeugmaschine 10, ausgebildet ist. Die Oszillationswerkzeugmaschine 10 umfasst eine Antriebseinheit 14. Die Antriebseinheit 14 ist in 1 lediglich schematisch dargestellt, um eine Funktionsweise der Oszillationswerkzeugmaschine 10 zu erläutern. Zudem umfasst die Oszillationswerkzeugmaschine 10 ein Gehäuse 20, an dessen Frontbereich bzw. Kopf 26 eine Werkzeugaufnahme 30 zu einer Aufnahme eines Oszillationswerkzeugs 22 angeordnet ist. Das Gehäuse 20 kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Es kann beispielsweise aus Kunststoffschalen oder als Topfgehäuse aufgebaut sein. Ferner kann es mit einem Getriebegehäuse zur Aufnahme einer Getriebeeinheit 16 verbunden sein. Alle ein- oder mehrteiligen Gehäusebauformen sollen hierbei unter dem Begriff Gehäuse 20 subsummiert sein. In einem mittleren Bereich des Gehäuses 20 umfasst die Oszillationswerkzeugmaschine 10 einen Haupthandgriff 38. Der Haupthandgriff 38 ist bevorzugt zum Halten und Führen insbesondere zu einer Übertragung einer Kraft, besonders bevorzugt einer Andruck- oder Vorschubkraft von einem Bediener, auf die Oszillationswerkzeugmaschine 10 vorgesehen.
Zur Erzeugung einer durch den Doppelpfeil angedeuteten Oszillationsbewegung 40 des Oszillationswerkzeugs 22 weist die Oszillationswerkzeugmaschine 10 zumindest die Antriebseinheit 14 auf. Die Antriebseinheit 14 kann als Wechselstromelektromotoreinheit oder als Gleichstrommotoreinheit, insbesondere EC-Motoreinheit, ausgebildet sein. Unter Umständen umfasst die Oszillationswerkzeugmaschine 10 ferner eine Umlenkvorrichtung 18, welche auch in der Getriebeeinheit 16 zur Umlenkung der Antriebsbewegung um einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel, integriert sein kann. Die Getriebeeinheit 16 und die Umlenkvorrichtung 18 wandeln eine rotierende Antriebsbewegung der Antriebseinheit 14 beispielsweise über eine Exzenterkoppelvorrichtung (nicht dargestellt) oder in anderer, einem Fachmann bekannten Weise zumindest in eine oszillierende Bewegung der Werkzeugaufnahme 30 um. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Antriebseinheit 14 zu einer Erzeugung einer Oszillationsbewegung im Wesentlichen direkt auf die Werkzeugaufnahme, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Piezoantriebs, wirkt und dadurch zumindest die Werkzeugaufnahme 30 oszillierend antreibt. Die Werkzeugaufnahme 30 bzw. das daran befestigte Oszillationswerkzeug 22 vollführt die Oszillationsbewegung 40 in Umfangsrichtung 34 um eine Drehachse 32. Bevorzugt beträgt diese Oszillationsbewegung 40 weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm Auslenkung um eine Mittellage oder alternativ weniger als 2°, besonders bevorzugt 1,4° Winkelauslenkung um eine Mittellage. Zur Inbetriebnahme der Oszillationswerkzeugmaschine 10 ist am Haupthandgriff 38 ein in Längsachsrichtung 36 verschiebbarer On/Off-Schalter 42 angebracht. Der Schalter kann jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle der Oszillationswerkzeugmaschine angeordnet sein. Ein Stellrad (nicht näher dargestellt) kann zusätzlich insbesondere an einem von dem Kopf-/Frontbereich 26 abgewandten distalen Ende 24 der Oszillationswerkzeugmaschine 10 oder im On/Off-Schalter 42 integriert angeordnet sein. Es dient der Einstellung einer Drehzahl der Antriebseinheit 14, insbesondere einer Voreinstellung einer Soll-Drehzahl. Schalter und/oder Stellrad sind zumindest datentechnisch und/oder elektrisch mit einer Steuer- oder Regeleinheit 12 zu einer Steuer- oder Regelung der Antriebseinheit 14 der Oszillationswerkzeugmaschine 10 verbunden. Sowohl der On/Off-Schalter 42 als auch das Stellrad können als kapazitive Schalter, Druckschalter, Schiebeschalter und dergleichen ausgeführt sein.
Die Steuer- oder Regeleinheit 12 ist ferner mit zumindest einer Sensoreinheit 46 verbunden. Die Sensoreinheit 46 oder zumindest das Sensorelement ist bevorzugt im Bereich des distalen Endes 24 der Oszillationswerkzeugmaschine 10 angeordnet. Die Sensoreinheit 46 umfasst zumindest ein als Beschleunigungssensor oder Drehratensensor ausgestaltetes Sensorelement 48, mittels dem eine durch die Oszillationsbewegung 40 hervorgerufene Beschleunigung oder Drehrate oder eine der Oszillationsbewegung 40 entgegengesetzt Bewegung, Beschleunigung, Schwingung oder Drehrate bzw. Winkelgeschwindigkeit der Oszillationswerkzeugmaschine 10 erfassbar ist. In einem Leerlaufbetrieb resultiert diese Bewegung, Beschleunigung, Schwingung oder Drehrate bzw. Winkelgeschwindigkeit zumindest aus einer Reaktionskraft- bzw. Bewegung der Oszillationswerkzeugmaschine 10 gegen die oszillierende Bewegung des Oszillationswerkzeugs 22, der Werkzeugaufnahme 30 oder der Umlenkvorrichtung 18. Bei einem Lastbetrieb des Oszillationswerkzeugs 22 spielen darüber hinaus Reaktionskräfte aus der Wechselwirkung von Oszillationswerkzeug 22 und zu bearbeitendem Werkstück (hier nicht näher dargestellt) eine Rolle. Darüber hinaus können auch weitere Sensoreinheiten 46' und/oder Sensorelemente 48' (siehe 1) an der Werkzeugmaschine 10, insbesondere in einem weiteren Randbereich des Gehäuses angeordnet sein, z. B. innerhalb des Haupthandgriffbereichs 38. Besonders bevorzugt ist das Sensorelement 48'' (siehe 1) auf einer Leiterplatte 50 der Steuer- oder Regeleinheit 12 angeordnet. Es kann bevorzugt auf der Leiterplatte angelötet oder angeklebt, insbesondere durch ein leitendes Elastomer, aufgebracht sein.
Desweiteren übermittelt die Sensoreinheit 46 und/oder das Sensorelement 48 das erfasste Beschleunigungs- und/oder Drehratensignal an die Steuer- oder Regeleinheit 12. Die Steuer- oder Regeleinheit steuert oder regelt die Antriebseinheit 14 zumindest in Abhängigkeit des durch die Sensoreinheit 46 und/oder das Sensorelement 48 ermittelten Signals. Hierzu weist die Steuer- oder Regeleinheit 12 meist eine Phasenregelschleifeneinheit auf, die dazu vorgesehen ist, eine Frequenz und Amplitude oder Frequenz und Drehrate aus dem Signal zu bestimmen. Alternativ ist es denkbar, dass die Steuer- oder Regeleinheit 12 anstelle der Phasenregelschleifeneinheit eine Fourieranalyseeinheit oder eine Frequenzkammeinheit zu einer Bestimmung einer Frequenz, Amplitude und/oder Drehrate aus dem Beschleunigungs- und/oder Drehratensignal umfasst. Zusätzlich ist eine Frequenz, Schwingungs- oder Drehzahlbestimmung mittels eines Verfahrens zu einer Bestimmung einer Periodendauer aus einem Zeitsignal denkbar, bei dem eine Zeit zwischen zwei Signalspitzen oder zwei Nulldurchgängen des Beschleunigungs- oder Drehratensignals messbar ist und daraus eine Frequenz, Schwingungs- oder Drehzahl ermittelbar ist. In Abhängigkeit einer gewünschten Signalgüte ist hierbei eine Vorverarbeitung mittels eines Bandpassfilters sinnvoll. Alternativ ist die Zeit zwischen mehreren Signalspitzen oder Nulldurchgängen ermittelbar, wodurch die berechnete Frequenz oder Schwingungszahl über mehrere Perioden gemittelt ist. Die Phasenregelschleifeneinheit umfasst zumindest einen Phasendetektor, einen Schleifenfilter und einen spannungsgesteuerten Oszillator. Somit ist die Phasenregelschleifeneinheit als analoge Phasenregelschleifeneinheit ausgebildet.
In 2 ist beispielhaft der Betrag |y| 100 eines schematischen Amplitudenverlaufs 102 des Beschleunigungs- oder Drehratensignals in Abhängigkeit der Drehzahl n bzw. Frequenz f 104 der erfindungsgemäßen Oszillationswerkzeugmaschine 10 für einen konkreten Betriebszustand oder Anwendungsfall dargestellt. Unter konkretem Betriebszustand oder Anwendungsfall soll hier beispielsweise ein Leerlauffall oder ein Lastfall, wie beispielsweise ein Sägen in Holz, oder ein anderer typischer Anwendungsfall einer Oszillationswerkzeugmaschine 10 wie beispielsweise ein Trennen, Schneiden, Schaben oder Schleifen verstanden werden. Ferner ist ein zulässiger Beschleunigungs- oder Drehratenwert 106 definiert, der über dem gesamten Drehzahl- bzw. Frequenzbereich 104 konstant ist. Beschleunigungs- oder Drehratenwerte, die über dem zulässigen Beschleunigungs- oder Drehratenwert 106 liegen, befinden sich in einem kritischen Amplitudenbereich 108. Korrespondierende Drehzahlen oder Frequenzen bzw. Drehzahl-/Frequenzbereiche 109 gilt es beim Betrieb der Oszillationswerkzeugmaschine 10 (gemäß 1) zu meiden. Darüber hinaus sind Resonanzfrequenzen 110, 112 und 114 markiert, bei denen die Oszillationswerkzeugmaschine 10 sowie gegebenenfalls auch Einbau- oder Anbauteile oder das System aus Oszillationswerkzeugmaschine 10 und zu bearbeitenden Werkstück in Resonanz gerät und welche durch entsprechende Anregungsfrequenzen oder Drehzahlen hervorgerufen werden. Das Überschreiten zulässigen Beschleunigungs- oder Drehratenwerte 106 wird von der Steuer- oder Regeleinheit 12 wie bereits beschrieben erkannt. Ferner steuert und regelt die Steuer- oder Regeleinheit 12 die Oszillationswerkzeugmaschine 10 derart, dass kritische Frequenzen, Dreh- oder Schwingungszahlen gemieden werden, indem die Steuer- oder Regeleinheit 12 die Drehzahl der Antriebseinheit variiert, insbesondere steigert oder besonders bevorzugt senkt.
In 3 ist beispielhaft der Betrag |y| 100' eines alternativen schematischen Amplitudenverlaufs 102' des Beschleunigungs- oder Drehratensignals in Abhängigkeit der Drehzahl n bzw. Frequenz f 104' der erfindungsgemäßen Oszillationswerkzeugmaschine 10 für einen konkreten Betriebszustand oder Anwendungsfall dargestellt. Im Unterschied zu 2 ist ein zulässiger Beschleunigungs- oder Drehratenwert 106' definiert der mit steigender Drehzahl bzw. Frequenz 104' kontinuierlich abfällt, wobei ebenso ein nicht kontinuierlicher Abfall/Anstieg vorstellbar ist. Vorteilhaft ist dieser nicht konstante Verlauf, da bei höheren Frequenzen oder, Drehzahlen ein höherer Energieeintrag in die Oszillationswerkzeugmaschine 10 und mitunter auch in die die Oszillationswerkzeugmaschine 10 haltende oder führende Anwenderhand stattfindet. Der Energieeintrag soll als Schwingungsenergieeintrag verstanden werden, der steigt, je häufiger pro Zeiteinheit ein Schwingungsamplitudenwert auftritt. Diesen Energieeintrag in Form von Schwingungen müssen ein Anwender beim Halten und Führen der Oszillationswerkzeugmaschine 10 sowie die Bauteile der Oszillationswerkzeugmaschine 10 zumindest teilweise aufnehmen. Dies führt zu der bereits beschriebenen Ermüdung des Anwenders und mitunter zu einer Beschädigung der Oszillationswerkzeugmaschine 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012103587 A1 [0002]

Claims

Oszillationswerkzeugmaschine (10) zum Antrieb eines um eine Drehachse (32) oszillierenden Oszillationswerkzeugs (22), mit einer Steuer- oder Regeleinheit (12), einer Antriebseinheit (14) und mit zumindest einer Sensoreinheit (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) eine Beschleunigung oder Drehrate der Oszillationswerkzeugmaschine (10) erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit (12) die Antriebseinheit (14) zumindest in Abhängigkeit des durch die Sensoreinheit (16) ermittelten Beschleunigungs- oder Drehratenwerts steuert oder regelt.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) zumindest ein als Beschleunigungs- oder Drehratensensor ausgebildetes Sensorelement (18) umfasst.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) in einem Randbereich eines Gehäuses (20) der Oszillationswerkzeugmaschine (10), insbesondere an zu einem Oszillationswerkzeug (22) distalen Ende (24) der Oszillationswerkzeugmaschine (10), oder auf einer Leiterplatte der Steuer- oder Regeleinheit angeordnet ist.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (12) die Antriebseinheit (14) zumindest in Abhängigkeit des ermittelten Beschleunigungs- oder Drehratenwerts und zumindest eines in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit (12) hinterlegten zulässigen Beschleunigungs- oder Drehratenwerts steuert oder regelt.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Beschleunigungs- oder Drehratenwert ein Wert ist, den ein Bediener über eine definierte Nutzungsdauer der Oszillationswerkzeugmaschine (10) nicht überschreiten darf, insbesondere wobei die Nutzungsdauer 8 Stunden täglich beträgt und der Beschleunigungs- oder Drehratenwert x m/s² oder y rad/s umfasst.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (12) die Antriebseinheit (14) derart steuert oder regelt, dass eine Schwingung der Oszillationswerkzeugmaschine (10) außerhalb einer Eigenschwingung- oder Oberschwingung der Oszillationswerkzeugmaschine (10) liegt, insbesondere durch eine Drehzahländerung der Antriebseinheit (14).
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (12) eine Drehzahl der Antriebseinheit (14) in einem Leerlauffall absenkt.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (12) eine Drehzahl der Antriebseinheit (14) in einem Lastfall steigert.
Oszillationswerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (12) die Antriebseinheit (14) derart steuert oder regelt, dass der ermittelte Beschleunigungswert sowohl in einem Leerlauf- als auch einem Lastfall der Oszillationswerkzeugmaschine (10) unter dem zulässigen Beschleunigungswert bleibt.