EP1391271B1 - Sicherheitsmodul für multifunktionale Handwerkzeugmaschine - Google Patents

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EP1391271B1 EP03102526A EP03102526A EP1391271B1 EP 1391271 B1 EP1391271 B1 EP 1391271B1 EP 03102526 A EP03102526 A EP 03102526A EP 03102526 A EP03102526 A EP 03102526A EP 1391271 B1 EP1391271 B1 EP 1391271B1
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EP
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movement
atc
axial
safety module
twisting
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Claus Osselmann
Stefan Groer
Peter Hellmann
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a security module and an associated control method for a multifunctional hand tool machine, in particular a combination hammer with chisel function.
  • a rotating hand tool machine has an ATC safety module with a twofold integration of a twisting motion.
  • the content of this document which is hereby included in the disclosure content, serves the skilled person for understanding an ATC security module.
  • an anti-torque control (ATC) safety module which interrupts the drive train in case of impermissible twisting of the housing, wherein permissible spatial movements of multiaxial accelerometers are detected and evaluated by a fuzzy logic, which in deactivates the ATC safety module for this permissible movement.
  • ATC anti-torque control
  • a rotary and hammering combing hammer with chisel function has an ATC safety module with an angular acceleration sensitive rotation sensor.
  • the ATC safety module queries the operating modes of the combi hammers via a Hall sensor on the mode selector switch and the ATC safety module only switched off when exclusively beating mode.
  • the ATC safety module is deactivated in all-hitting chisel mode, but active in impact drilling mode or rotary drilling mode.
  • the real mode does not immediately follow the position of the mode selector switch, causing the ATC safety module to detect a wrong mode in a short inter-span and to be inactive in the protected-switch mode, especially when switching from a still-rotating mode to exclusive mode beating fashion is disadvantageous.
  • a hand tool machine in which a clutch is interrupted, if a sensor detects reaching a lying on an idling path position by a tool.
  • the object of the invention is to realize an ATC safety module, which is always active in the protected mode, for a multifunctional hand-held power tool.
  • a multifunctional hand tool machine with an at least partially axially impacting tool holder and a handheld housing on an ATC security module with a sensitive angular movement for torsion, wherein the ATC security module is connected to an axial movement sensor.
  • the ATC safety module By combining the ATC safety module with the axial motion sensor, the ATC safety module also has the axial movement information available, allowing a protection-free mode associated with large axial movements to be recognized directly by the ATC safety module.
  • the determination of a rotational movement of the housing takes place in the control method assigned to an ATC safety module, wherein a binary control signal is generated in the second step when exceeding a Verdungsgrenzives by the rotational movement, which safely interrupts the power flow between the electric motor and the tool in the last step ,
  • an axial movement of the housing is determined, which suppresses the binary control signal in the second step when exceeding an axial limit by the axial movement.
  • the determined axial movement is integrated twice in time, whereby a determined Axialbeuggungswert is converted into an axial path and is comparable with an axial amplitude as the axial limit.
  • a control method shown in the block diagram is implemented as control algorithm within a microcontroller 2 in an optionally combined with respect to a tool axis A rotating and beating hand tool with an ATC security module 1, which on the input side with a Verwarterrorismssensor 3 in the form of an oriented relative to the tool axis A angular acceleration sensor and is connected to an axial movement sensor 4 in the form of an acceleration sensor arranged axially relative to the tool axis A, and on the output side to generate a binary control signal 5 for controlling a safety coupling 8 arranged between an electric motor 6 and a tool holder 7 in the force flow.
  • the determined rotational movement or axial movement are partially integrated into integrators 9 in two multipliers and multiplied by multipliers 10 and finally added in an adder 11 in the form of a general equation of motion second degree to each of a comparator 12a, 12b, to which they each are compared to a VerFgrenzwert 13a and an axial limit 13b.
  • a binary VerFêtsignal 14a of the comparator 12a and a binary Axial plausiblesignal 14b of the comparator 12b are linked in a downstream AND gate 15 to the binary control signal 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezeichnet ein Sicherheitsmodul sowie ein zugeordnetes Steuerverfahren für eine multifunktionale Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen Kombihammer mit Meisselfunktion.
  • Bei drehenden Handwerkzeugmaschinen besteht bei sich im Werkstück verklemmenden Werkzeugen die Möglichkeit einer unerwünschten Verdrehung des Gehäuses, welches der Nutzer in seiner Hand führt. Zur Verhinderung dieses Effekts werden vielfältige Sicherheitsmodule eingesetzt, um auf ein bspw. der Winkelbeschleunigung basierendes Verdrehsensorsignal hin den Kraftfluss zwischen dem Elektromotor und dem Werkzeug sicher zu unterbrechen. Bei rein schlagenden Betriebsmodi, wie dem Meisseln hingegen sind starke Bewegungen des Gehäuses, wie sie bspw. beim Abrutschen des Meissels auftreten, zulässig und eine Unterbrechung des Kraftflusses bei derartigen Situationen vom Nutzer unerwünscht.
  • Nach der DE19628945A1 weist eine drehende Handwerkzeugmaschine ein ATC-Sicherheitsmodul mit einer doppelten Integration einer Verdrehbewegung auf. Der hiermit in den Offenbarungsgehalt aufgenommene Inhalt dieser Schrift dient dem Fachmann zum Verständnis eines ATC-Sicherheitsmoduls.
  • Nach der DE4334933C weist eine drehende Handwerkzeugmaschine für ein rotierendes Werkzeug ein Anti-Torque-Control (ATC)-Sicherheitsmodul auf, welches bei unzulässigen Verdrehungen des Gehäuses den Antriebsstrang unterbricht, wobei zulässige räumliche Bewegungen von mehrachsigen Beschleunigungsaufnehmem detektiert und von einer Fuzzy-Logik ausgewertet werden, welche in diesem zulässigen Bewegungsfall das ATC-Sicherheitsmodul deaktiviert. Unterschiedliche Betriebsmodi werden vom ATC-Sicherheitsmodul nicht erfasst.
  • DE19942156A1 , die als nächstliegender stand der Technik angesehen wird, weist ein drehender und schlagender Kombihammer mit Meisselfunktion ein ATC-Sicherheitsmodul mit einem auf eine Winkelbeschleunigung empfindlichen Verdrehsensor auf. Dabei wird vom ATC-Sicherheitsmodul der Betriebmodi des Kombihammers über einen Hall-Sensor am Modiwahlschalter abgefragt und das ATC-Sicherheitsmodul nur beim exklusiv schlagenden Mode abgeschaltet. Insbesondere ist im rein schlagenden Meisselmode das ATC-Sicherheitsmodul deaktiviert, hingegen im Schlagbohrmode oder Drehbohrmode aktiv. Wegen der Schaltverzögerung folgt der reale Mode nicht unmittelbar der Stellung des Modiwahlschalters, wodurch das ATC-Sicherheitsmodul in einer kurzen Zwischenspanne einen falschen Mode detektiert und im schutzbeauftragten Mode bei drehender Bewegung inaktiv ist, was insbesondere beim Umschalten von einem noch laufenden drehenden Mode in den exklusiv schlagenden Mode nachteilig ist.
  • Aus der WO 88/06508 A ist eine Handwerkzeugmaschine bekannt, bei der eine Kupplung unterbrochen wird, falls ein Sensor eine Erreichen einer auf einer Leerlaufstrecke befindliche Wegposition durch ein Werkzeug erfasst.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung eines im schutzbeaufragten Mode stets aktiven ATC-Sicherheitsmoduls für eine multifunktionale Handwerkzeugmaschine.
  • Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Im Wesentlichen weist eine multifunktionale Handwerkzeugmaschine mit einer zumindest teilweise axial schlagenden Werkzeugaufnahme und einem handgeführten Gehäuse ein ATC-Sicherheitsmodul mit einem für eine Winkelbewegung empfindlichen Verdrehsensor auf, wobei das ATC-Sicherheitsmodul mit einem Axialbewegungssensor verbunden ist.
  • Durch die Kombination des ATC-Sicherheitsmoduls mit dem Axialbewegungssensor steht dem ATC-Sicherheitsmodul auch die axiale Bewegungsinformation zur Verfügung, wodurch ein mit grossen Axialbewegungen verbundener schutzfreier Mode unmittelbar vom ATC-Sicherheitsmodul erkannt werden kann.
  • Im für ein ATC-Sicherheitsmoduls zugeordneten Steuerverfahren erfolgt im ersten Schritt die Ermittlung einer Verdrehbewegung des Gehäuses, wobei im zweiten Schritt bei Überschreitung eines Verdrehgrenzwertes durch die Verdrehbewegung ein binäres Steuersignal erzeugt wird, welches im letzten Schritt den Kraftfluss zwischen dem Elektromotor und dem Werkzeug sicher unterbricht, wobei im ersten Schritt zusätzlich eine Axialbewegung des Gehäuses ermittelt wird, die im zweiten Schritt bei Überschreitung eines Axialgrenzwertes durch die Axialbewegung das binäre Steuersignal unterdrückt.
  • Durch die Unterdrückung des Steuersignals für die Unterbrechung des Kraftflusses wird ein stets aktives ATC-Sicherheitsmodul im tatsächlichen exklusiven Schlagmode bei grossen Axialbewegungen wirkungslos.
  • Vorteilhaft wird die ermittelte Axialbewegung zweifach in der Zeit integriert, wodurch ein ermittelter Axialbeschleunigungswert in einen Axialweg überführt und mit einer Axialamplitude als Axialgrenzwert vergleichbar ist.
  • Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit einer Darstellung des Steuerverfahrens.
  • Nach der Darstellung wird bei einer wahlweise kombiniert bezüglich einer Werkzeugachse A drehenden und schlagenden Handwerkzeugmaschine mit einem ATC-Sicherheitsmodul 1 ein im Blockschaltbild dargestelltes Steuerverfahren als Steueralgorithmus innerhalb eines Mikrocontrollers 2 realisiert, welcher eingangsseitig mit einem Verdrehbewegungssensor 3 in Form eines bezüglich der Werkzeugachse A orientierten Winkelbeschleunigungssensors und mit einem Axialbewegungssensor 4 in Form eines bezüglich der Werkzeugachse A axial angeordneten Beschleunigungssensors verbunden ist und ausgangsseitig ein binäres Steuersignal 5 zur Steuerung einer zwischen einem Elektromotor 6 und einer Werkzeugaufnahme 7 im Kraftfluss angeordneten Sicherheitskupplung 8 erzeugt. Nach dem Blockschaltbild gelangen die ermittelte Verdrehbewegung bzw. Axialbewegung jeweils teilweise zweistufig in Integratoren 9 integriert sowie in Multiplikatoren 10 mit Faktoren multipliziert und schliesslich in einem Addierer 11 addiert in Form einer allgemeinen Bewegungsgleichung zweiten Grades zu je einem Vergleicher 12a, 12b, an welchem sie mit je einem Verdrehgrenzwert 13a bzw. einem Axialgrenzwert 13b verglichen werden. Ein binäres Verdrehsteuersignal 14a des Vergleichers 12a sowie ein binäres Axialsteuersignal 14b des Vergleichers 12b werden in einem nachgeordneten UND-Glied 15 zu dem binären Steuersignal 5 verknüpft.

Claims (3)

  1. Multifunktionale Handwerkzeugmaschine mit einer zumindest teilweise axial schlagenden Werkzeugaufnahme (7), einer zwischen dieser und einem Elektromotor (6) im Kraftfluss angeordneten Sicherheitskupplung (8), einem handgeführten Gehäuse und einem ATC-Sicherheitsmodul (1) mit einem für eine Winkelbewegung empfindlichen Verdrehsensor (3), dadurch gekennzeichnet, dass das ATC-Sicherheitsmodul (1) mit einem Axialbewegungssensor (4) zum Umschalten des ATC-Sicherheitsmoduls in einen schutzfreien Modus bei großen Axialbewegungen verbunden ist.
  2. Steuerverfahren für die Steuerung einer Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei im ersten Schritt die Ermittlung einer Verdrehbewegung des Gehäuses erfolgt, wobei im zweiten Schritt bei Überschreitung eines Verdrehgrenzwertes (13a) durch die Verdrehbewegung ein binäres Steuersignal (5) erzeugt wird, welches im letzten Schritt den Kraftfluss zwischen dem Elektromotor (6) und der Werkzeugaufnahme (7) sicher unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt zusätzlich eine Axialbewegung des Gehäuses ermittelt wird, und dass im zweiten Schritt bei Überschreitung eines Axialgrenzwertes (13b) durch die Axialbewegung das binäre Steuersignal (5) unterdrückt wird.
  3. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Schritt ermittelte Axialbewegung zweifach in der Zeit integriert wird.
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