EP3335837A1 - Steuerungsverfahren für eine schlagende handwerkzeugmaschine - Google Patents

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EP3335837A1
EP3335837A1 EP16203920.0A EP16203920A EP3335837A1 EP 3335837 A1 EP3335837 A1 EP 3335837A1 EP 16203920 A EP16203920 A EP 16203920A EP 3335837 A1 EP3335837 A1 EP 3335837A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
repetition rate
control method
acceleration
exciter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16203920.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Hartmann
Franz Mössnang
Laurent-Sebastian Kock
Philipp Lorenz
Eduard Pfeiffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
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Priority to PCT/EP2017/081634 priority patent/WO2018108658A1/de
Priority to EP17808505.6A priority patent/EP3554765B1/de
Priority to US16/469,008 priority patent/US20190314970A1/en
Priority to CN201780077004.1A priority patent/CN110072672B/zh
Priority to JP2019529852A priority patent/JP6845935B2/ja
Priority to KR1020197020092A priority patent/KR102406100B1/ko
Publication of EP3335837A1 publication Critical patent/EP3335837A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2216/00—Details of 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
    • B25D2216/0007—Details of percussion or rotation modes
    • B25D2216/0015—Tools having a percussion-only mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/195—Regulation means
    • B25D2250/201—Regulation means for speed, e.g. drilling or percussion speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/221—Sensors

Definitions

  • the present invention relates to control methods for a striking hand tool, in particular a hand-held pneumatic hammer and a hand-held pneumatic electric chisel.
  • the impact mechanism of a rotary hammer heats up in operation due to friction of moving components and thermal losses in the air spring. Typically, an operating temperature between 80 ° C and 150 ° C results. Gaskets, seals, dimensions and tolerances of the hammer mechanism are designed with regard to the typical operating temperature. However, at the start of operation, the impact mechanism is cold, especially in cold working environments below freezing. The conditions are not optimal for the percussion and can prevent reliable starting of the striking mechanism.
  • An inventive control method for a beating hand tool has the steps: detecting a switching state of an operating button, detecting a temperature with a temperature sensor, activating an electro-pneumatic percussion in response to actuation of the operating button, wherein a pathogen of the electro-pneumatic percussion along a working axis with a Repetition rate R is moved back and forth, whereby a via a pneumatic chamber coupled to the exciter racket is moved. If the temperature is greater than a limit temperature, the repetition rate from rest to a setpoint is continuously increased. A duration until reaching the setpoint is shorter than 10 cycles. If the temperature is lower than the limit temperature, a time to reach the setpoint is greater than 200 cycles.
  • the repetition rate when the temperature is greater than the threshold temperature, the repetition rate is continuously increased with a first acceleration. Otherwise, if the temperature is lower than the limit temperature, in a first phase Controlled intermediate value, wherein at least partially the repetition rate is increased with the first acceleration, and in a second phase, the repetition rate continuously increased with a second acceleration up to the setpoint.
  • the second acceleration may be less than 1/10 of the first acceleration.
  • Fig.1 1 shows a hammer drill 1 as an example of a beating hand-held machine tool.
  • the hammer drill 1 has a tool holder 2 , in which coaxial with a working axis 3, a drill, chisel or other beating tool 4 can be used and locked.
  • the hammer drill 1 has a pneumatic impact mechanism 5 , which can exert periodic punches in a direction of impact 6 on the tool 4 .
  • a rotary drive 7 can rotate the tool holder 2 continuously about the working axis 3 .
  • the pneumatic hammer 5 and the rotary drive are driven by an electric motor 8 , which is fed from a battery 9 or a power line with electric current.
  • the striking mechanism 5 and the rotary drive 7 are arranged in a machine housing 10 .
  • a handle 11 is typically arranged on a side facing away from the tool holder 2 of the machine housing 10 .
  • the user can hold the hammer drill 1 by means of the handle 11 in operation and lead.
  • An additional auxiliary handle can be attached near the tool holder 2 .
  • a Operating button 12 is arranged, which the user can preferably operate with the holding hand.
  • the electric motor 8 is turned on by operating the operating button 12 . Typically, the electric motor 8 rotates as long as the operation button 12 is kept depressed.
  • the pneumatic percussion mechanism 5 has along the direction of impact 6 a pathogen 13 , a bat 14 and optionally an anvil 15 .
  • the exciter 13 is forced by means of the electric motor 8 to a periodic movement along the working axis 3 .
  • the bat 14 is coupled via an air spring to the movement of the exciter 13 .
  • the air spring is formed by a closed between the exciter 13 and the bat 14 pneumatic chamber 16 .
  • the bat 14 moves in the direction of impact 6 until the bat 14 strikes the striker 15 .
  • the striker 15 abuts the tool 4 in the direction of impact 6 and transmits the impact to the tool 4 .
  • the exemplary impact mechanism 5 has a piston-shaped exciter 13 and a piston-shaped racket 14 , which are guided by a guide tube 17 along the working axis 3 .
  • the exciter 13 and the bat 14 abut with their lateral surfaces on the inner surface of the guide tube 17 .
  • the pneumatic chamber 16 is closed by the exciter 13 and the bat 14 along the working axis 3 and by the guide tube 17 in the radial direction. Sealing rings in the outer surfaces of exciter 13 and bat 14 can improve the airtight completion of the pneumatic chamber 16 .
  • the exciter 13 is connected via a gear component with the electric motor 8 .
  • the transmission component transmits the rotational movement of the electric motor 8 in a periodic translational movement along the working axis .
  • An exemplary transmission component is based on an eccentric wheel 18 which is connected to the electric motor 8 .
  • a connecting rod 19 connects the eccentric 18 with the exciter 13th
  • the exciter 13 moves synchronously with the electric motor 8 .
  • the electric motor 8 typically rotates in response to actuation of the operating button 12 and rotates as long as the user holds the operating button 12 pressed.
  • the periodic forward and backward movement of the exciter 13 begins and ends likewise with the actuation or release of the operating button 12 .
  • Another example of such a transmission component is a wobble drive.
  • the exciter 13 moves at a repetition rate R , which is proportional to the rotational speed of the electric motor 8 .
  • the transmission components between the electric motor 8 and the exciter 13 typically act in a fixed ratio reducing.
  • the repetition rate R is in the range, for example, between 30 cycles per second (Hz) and 150 Hz.
  • the racket 14 is coupled during operation by the pneumatic chamber 16 to the exciter 13 and moves the same repetition rate as the exciter 13th
  • the coupling of the racket 14 to the exciter 13 takes place exclusively via an air spring.
  • the air spring is based on a pressure difference between the pressure in the pneumatic chamber 16 and the pressure in the environment.
  • the forced-motion exciter 13 increases or decreases the pressure in the pneumatic chamber 16 by means of its periodic axial movement.
  • the racket 14 is accelerated by the pressure difference in the direction of impact 6 or counter to the direction of impact 6 .
  • the hammer drill 1 has a device control 20 , which sets the repetition rate R of the exciter 13 .
  • the device controller 20 controls the electric motor 8 .
  • the electric motor 8 includes a speed control, which is set by the device controller 20 , a target value for the speed.
  • Speed control may also be implemented in the device controller 20 based on a speed sensor on the motor shaft and a negative feedback loop.
  • the device controller 20 may limit a power input of the percussion mechanism 5 or a power input of the electric motor 8 to specify the repetition rate.
  • the device controller 20 detects the position of the operating button 12 .
  • the operation button 12 has an off position to which the device control 20 responsively sets a repetition rate of zero, ie the impact mechanism 5 shuts off.
  • the operation button 12 has an on position to which the device control 20 activates the striking mechanism 5 in response.
  • the electric motor 8 is accelerated to a nominal value to obtain a predetermined target repetition rate 21 of the exciter 13 .
  • the operating button 12 automatically returns from the on position to the off position, if not kept pressed on the operating button 12 .
  • the increase of the repetition rate R when changing the operating button 12 from the off position to the on position takes place as a function of a temperature T of the hammer drill 1 .
  • a temperature sensor 22 in the machine housing 10 measures the current operating temperature T.
  • the temperature sensor 22 may be arranged on the striking mechanism 5 or together with other electronics of the device control 20 on a printed circuit board.
  • Fig. 2 shows an exemplary control scheme of the device controller 20 .
  • Fig. 3 shows the behavior of the repetition rate R for different temperatures. The repetition rate is plotted over the ordinate; the time is plotted on the abscissa.
  • the user presses the operating button 12 .
  • the operation button 12 changes from the off position to the or one of the one-position.
  • the device controller 20 detects the depressed position at the time t2 ( S1 ).
  • the Schlagmaschine 5 is now activated.
  • the device controller 20 detects the temperature T from the temperature sensor 22 and compares the temperature T with a threshold temperature Tc ( S2 ).
  • the limit temperature Tc is, for example, below 10 ° C, eg at 10 ° C, 5 ° C, 0 ° C, -5 ° C, -10 ° C.
  • the limit temperature Tc may be set among other things depending on the lubricating oil used in the striking mechanism 5 .
  • the pathogen 13 begins to move back and forth.
  • the exciter 13 is accelerated indirectly ( S3 ), in the example by the electric motor. 8
  • the repetition rate R increases up to the target repetition rate 21 .
  • the target repetition rate R is predetermined for a percussion mechanism 5 and typically the efficiency or percussion power of the striking mechanism 5 is highest at the repetition rate R.
  • Typical target repetition rates of handheld rotary hammers range between 30 cycles per second (Hz) for larger impact mills and 150 Hz for smaller impact mills.
  • the further behavior of the hammer drill 1 depends on the application and the use by the user ( S5 ).
  • the course of the repetition rate R is in Fig. 3 shown in dashed lines.
  • the target repetition rate R is preferably reached as quickly as possible.
  • a power consumption P of the impact mechanism 5 in this example the power consumption of the driving electric motor 8 , is preferably not limited by a control or regulation.
  • the exciter 13 and the electric motor 8 accelerate with the maximum characteristic values Pmax of the hammer drill 1 .
  • the nominal repetition rate R is achieved, for example, in a duration t1 of preferably less than 1 s, for example less than 0.5 s, less than 0.2 s.
  • the Schlagtechnik 5 can be fully operational in less than 20 cycles, eg less than 10 cycles, more than 5 cycles.
  • the switch-on process is now divided into two phases.
  • the exciter 13 is accelerated to a repetition rate with a temperature-dependent intermediate value RTc .
  • the intermediate value RTc is above 20%, eg above 40%, 60%, below 80%, eg below 70% of the target repetition rate 21 .
  • the intermediate value RTc may decrease as the temperature T is reached .
  • the intermediate value RTc2 for -10 ° C is less than the intermediate value RT1c to -5 ° C.
  • the intermediate values RTc are larger as the minimum repetition rate, from which, at least at room temperature (20 ° C), the bat 14 can follow the movement of the exciter 13 .
  • the bat 14 already begins to follow the movement of the exciter 13 . Due to the low repetition rate R , the deflection of the racket 14 is still low and accordingly the impact energy is low.
  • the intermediate value RTc is preferably reached as quickly as possible.
  • a power consumption P of the impact mechanism 5 in this example the power consumption of the driving electric motor 8 , is preferably not limited by a control or regulation.
  • the exciter 13 and the electric motor 8 accelerate with the maximum characteristic values Pmax of the hammer drill 1 ( S6 ).
  • the intermediate value RTc is achieved , for example, in a duration of preferably less than 1 s, for example less than 0.5 s, less than 0.2 s.
  • the second phase begins.
  • the power consumption P of the striking mechanism 5 is reduced to a lower value PTc ( S8 ).
  • the acceleration of the exciter 13 is significantly lower in the second phase than in the first phase.
  • the acceleration can be lower by more than a factor of ten.
  • the exciter 13 may take more than 5 s, for example more than 10 s, until the desired repetition rate 21 is reached.
  • the exciter 13 reaches the target repetition rate 21 only after 200 cycles, eg after 500 cycles.
  • the user clearly perceives the change of the switch-on process.
  • the course of the repetition rate R is in Figure 3 drawn through for two different temperatures.
  • FIG. 4 A variation of the switch-on process is in Fig. 4 shown. The process is essentially how to Fig. 2 described.
  • the hammer drill 1 has a vibration sensor 23 .
  • the device controller 20 checks whether the vibration values exceed a vibration limit. Unless the vibration values exceed the vibration limit, the control method does not differ from Fig. 2 , If the vibration limit is exceeded, for example, at time t3 , the acceleration of the exciter 13 is increased.
  • the exciter 13 can be accelerated with the maximum acceleration, ie unlimited power consumption Pmax , up to the target repetition rate 21 .
  • the switch-on can be shortened thereby.
  • Fig. 5 shows an exemplary control scheme of the device controller 20 .
  • Fig. 6 shows the behavior of the repetition rate R for different temperatures. The repetition rate is in plotted on the ordinate; the time is plotted on the abscissa.
  • the user presses the operating button 12 .
  • the operation button 12 changes from the off position to the one or the on positions.
  • the device controller 20 detects the depressed position at the time t2 ( S1 ).
  • the Schlagtechnik 5 is now activated.
  • the device controller 20 detects the temperature T from the temperature sensor 22 and compares the temperature T with a threshold temperature Tc ( S2 ).
  • the limit temperature Tc is, for example, below 10 ° C, eg at 10 ° C, 5 ° C, 0 ° C, -5 ° C, -10 ° C.
  • the limit temperature Tc may be set among other things depending on the lubricating oil used in the striking mechanism 5 .
  • the behavior is similar to the previously described methods.
  • the exciter 13 is accelerated as fast as possible to the target repetition rate R ( S3 ),
  • the target repetition rate 21 ( S4 ) is reached, the hammer drill 1 is completely ready for operation and the switch-on process is completed.
  • the further behavior of the hammer drill 1 depends on the application and the use by the user ( S5 ).
  • the course of the repetition rate R is in Fig. 6 shown in dashed lines.
  • the switch-on process is divided into two phases.
  • the exciter 13 is maximally accelerated ( S10 ).
  • the power consumption P of the impact mechanism 5 is not limited.
  • the exciter 13 is accelerated until reaching a default value Ro .
  • the default value Ro is in the range between 80% and 150% of the target repetition rate 21 .
  • the default value Ro is temperature-independent. Due to the maximum acceleration, the default value Ro is achieved, for example, in a duration of preferably less than 1 s, for example less than 0.5 s, less than 0.2 s.
  • the exciter 13 is moved, no movement of the bat 14 is to be expected. Subsequently, the exciter 13 is moved for a predetermined holding time with the default value Ro ( S12 ).
  • the holding time can be between 2 s and 20 s.
  • the holding time is preferably temperature-dependent.
  • the holding time decreases with increasing temperature T.
  • Fig. 6 shows the behavior for a temperature at -5 ° C (dotted) and at -10 ° C (solid).
  • the repetition rate R is reduced.
  • the repetition rate R is reduced to the temperature-dependent intermediate value RTc .
  • the Power consumption P are set to zero ( S13 ), whereby the striking mechanism 5 expires and quickly slows down.
  • the power consumption P can be reduced so far that the power consumption no longer compensates for friction losses and thermal losses.
  • the striking mechanism 5 can also be actively braked.
  • the reduction of the repetition rate R is terminated when the intermediate value RTc is reached.
  • the intermediate value RTc can be selected in the same way as in the previous examples.
  • the first phase is followed by the second phase, which is the same as in the previous examples.
  • the power consumption P is increased to a temperature-dependent value PTc ( S8 ).
  • the exciter 13 is continuously accelerated until the target repetition rate 21 is reached ( S9 ). Thereafter, the switch-on is completed.
  • the hammer drill 1 may include a vibration sensor 23 .
  • the device control 20 checks in a variant of the method of Fig. 5 while reducing the repetition rate R ( S13 / S14 ), whether vibrations exceed a vibration threshold. Unless the vibration limit is exceeded, the procedure is as in Fig. 5 shown. Fig. 7 illustrates this behavior in the solid line. If the vibration limit value is exceeded, the reduction of the repetition rate R is terminated prematurely before the temperature-dependent intermediate value RTc is reached. The exciter 13 is immediately accelerated to the target repetition rate 21 according to the second phase, ie, steps S8 and S9 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren für eine schlagende Handwerkzeugmaschine 1 hat die Schritte: Erfassen eines Schaltzustandes eines Betriebstasters 12, Erfassen einer Temperatur T mit einem Temperatursensor 22, Aktivieren eines elektro-pneumatischen Schlagwerks 5 ansprechend auf ein Betätigen des Betriebstasters 12, wobei ein Erreger 13 des elektro-pneumatischen Schlagwerks 5 entlang einer Arbeitsachse 3 mit einer Repetitionsrate R vor- und zurückbewegt wird, wodurch ein über eine pneumatische Kammer 16 an den Erreger 13 angekoppelten Schläger 14 mitbewegt wird. Wenn die Temperatur T größer als eine Grenztemperatur Tc ist, wird die Repetitionsrate R aus der Ruhe bis zu einem Sollwert 21 kontinuierlich erhöht. Eine Dauer bis zum Erreichen des Sollwerts 21 ist kürzer als 10 Zyklen. Wenn die Temperatur T geringer als die Grenztemperatur Tc ist, ist eine Dauer bis zum Erreichen des Sollwerts 21 größer als 200 Zyklen.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungsverfahren für eine schlagende Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen handgehaltenen pneumatischen Bohrhammer und einen handgehaltenen pneumatischen Elektromeißel.
  • Das Schlagwerk eines Bohrhammers erwärmt sich im Betrieb aufgrund von Reibung bewegter Komponenten und thermischen Verlusten in der Luftfeder. Typischerweise ergibt sich eine Betriebstemperatur zwischen 80 °C und 150 °C. Schmierungen, Dichtungen, Abmessungen und Toleranzen des Schlagwerks werden in Hinblick auf die typischen Betriebstemperatur ausgelegt. Allerdings ist zu Beginn der Inbetriebnahme das Schlagwerk kalt, insbesondere in kalten Arbeitsumgebungen unter dem Gefrierpunkt. Die Bedingungen sind für das Schlagwerk nicht optimal und können ein zuverlässiges Starten des Schlagwerks verhindern.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren für eine schlagende Handwerkzeugmaschine hat die Schritte: Erfassen eines Schaltzustandes eines Betriebstasters, Erfassen einer Temperatur mit einem Temperatursensor, Aktivieren eines elektro-pneumatischen Schlagwerks ansprechend auf ein Betätigen des Betriebstasters, wobei ein Erreger des elektro-pneumatischen Schlagwerks entlang einer Arbeitsachse mit einer Repetitionsrate R vor- und zurückbewegt wird, wodurch ein über eine pneumatische Kammer an den Erreger angekoppelten Schläger mitbewegt wird. Wenn die Temperatur größer als eine Grenztemperatur ist, wird die Repetitionsrate aus der Ruhe bis zu einem Sollwert kontinuierlich erhöht. Eine Dauer bis zum Erreichen des Sollwerts ist kürzer als 10 Zyklen. Wenn die Temperatur geringer als die Grenztemperatur ist, ist eine Dauer bis zum Erreichen des Sollwerts größer als 200 Zyklen.
    • dosort
  • In einer Ausgestaltung wird wenn die Temperatur größer als die Grenztemperatur ist, die Repetitionsrate mit einer ersten Beschleunigung kontinuierlich erhöht. Andernfalls wenn die Temperatur geringer als die Grenztemperatur ist, wird in einer ersten Phase ein Zwischenwert angesteuert, wobei zumindest abschnittsweise die Repetitionsrate mit der ersten Beschleunigung erhöht wird, und in einer zweiten Phase die Repetitionsrate mit einer zweiten Beschleunigung bis zu dem Sollwert kontinuierlich erhöht. Die zweite Beschleunigung kann geringer als 1/10 der ersten Beschleunigung sein.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    einen Bohrhammer
    Fig. 2
    ein Steuerungsdiagram
    Fig. 3
    eine Repetitionsrate nach dem Einschalten des Bohrhammers
    Fig. 4
    eine Repetitionsrate nach dem Einschalten des Bohrhammers
    Fig. 5
    ein Steuerungsdiagram
    Fig. 6
    eine Repetitionsrate nach dem Einschalten des Bohrhammers
    Fig. 7
    eine Repetitionsrate nach dem Einschalten des Bohrhammers
  • Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
    • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Fig.1 1 zeigt einen Bohrhammer 1 als Beispiel für eine schlagende handgehaltene Werkzeugmaschine. Der Bohrhammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen koaxial zu einer Arbeitsachse 3 ein Bohrer, Meißel oder anderes schlagendes Werkzeug 4 eingesetzt und verriegelt werden kann. Der Bohrhammer 1 hat ein pneumatisches Schlagwerk 5, welches periodisch Schläge in einer Schlagrichtung 6 auf das Werkzeug 4 ausüben kann. Ein Drehantrieb 7 kann den Werkzeughalter 2 kontinuierlich um die Arbeitsachse 3 drehen. Das pneumatische Schlagwerk 5 und der Drehantrieb sind von einem Elektromotor 8 angetrieben, welcher aus einer Batterie 9 oder einer Netzleitung mit elektrischem Strom gespeist wird.
  • Das Schlagwerk 5 und der Drehantrieb 7 sind in einem Maschinengehäuse 10 angeordnet. Ein Handgriff 11 ist typischerweise an einer dem Werkzeughalter 2 abgewandten Seite des Maschinengehäuses 10 angeordnet. Der Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels des Handgriffs 11 im Betrieb halten und führen. Ein zusätzlicher Hilfsgriff kann nahe dem Werkzeughalter 2 befestigt werden. An oder in der Nähe des Handgriffs 11 ist ein Betriebstaster 12 angeordnet, welchen der Anwender vorzugsweise mit der haltenden Hand betätigen kann. Der Elektromotor 8 wird durch Betätigen des Betriebstasters 12 eingeschaltet. Typischerweise dreht sich der Elektromotor 8 solange, wie der Betriebstaster 12 gedrückt gehalten ist.
  • Das pneumatische Schlagwerk 5 hat längs der Schlagrichtung 6 einen Erreger 13, einen Schläger 14 und optional einen Döpper 15. Der Erreger 13 wird mittels des Elektromotors 8 zu einer periodischen Bewegung längs der Arbeitsachse 3 gezwungen. Der Schläger 14 koppelt über eine Luftfeder an die Bewegung des Erregers 13 an. Die Luftfeder ist durch eine zwischen dem Erreger 13 und dem Schläger 14 abgeschlossene pneumatische Kammer 16 gebildet. Der Schläger 14 bewegt sich in die Schlagrichtung 6 bis der Schläger 14 auf den Döpper 15 aufschlägt. Der Döpper 15 liegt in der Schlagrichtung 6 an dem Werkzeug 4 an und überträgt den Schlag auf das Werkzeug 4.
  • Das beispielhafte Schlagwerk 5 hat einen kolbenförmigen Erreger 13 und einen kolbenförmigen Schläger 14, die durch ein Führungsrohr 17 längs der Arbeitsachse 3 geführt sind. Der Erreger 13 und der Schläger 14 liegen mit ihren Mantelflächen an der Innenfläche des Führungsrohrs 17 an. Die pneumatische Kammer 16 ist durch den Erreger 13 und den Schläger 14 längs der Arbeitsachse 3 und durch das Führungsrohr 17 in radialer Richtung abgeschlossen. Dichtungsringe in den Mantelflächen von Erreger 13 und Schläger 14 können den luftdichten Abschluss der pneumatischen Kammer 16 verbessern.
  • Der Erreger 13 ist über eine Getriebekomponente mit dem Elektromotor 8 verbunden. Die Getriebekomponente überträgt die Drehbewegung des Elektromotors 8 in eine periodische Translationsbewegung längs der Arbeitsachse 3. Eine beispielhafte Getriebekomponente basiert auf einem Exzenterrad 18, das mit dem Elektromotor 8 verbunden ist. Ein Pleuel 19 verbindet das Exzenterrad 18 mit dem Erreger 13. Der Erreger 13 bewegt sich synchron zu dem Elektromotor 8. Der Elektromotor 8 dreht sich typischerweise ansprechend auf ein Betätigen des Betriebstasters 12 und dreht sich solange, wie der Anwender den Betriebstasters 12 betätigt hält. Die periodische Vor- und Rückbewegung des Erregers 13 beginnt und endet ebenfalls mit dem Betätigen bzw. Lösen des Betriebstasters 12. Ein weiteres Beispiel für eine solche Getriebekomponente ist ein Taumelantrieb.
  • Der Erreger 13 bewegt sich mit einer Repetitionsrate R, welche proportional zu der Drehzahl des Elektromotors 8 ist. Die Getriebekomponenten zwischen dem Elektromotor 8 und dem Erreger 13 wirken typischerweise in einem festen Verhältnis untersetzend. Die Repetitionsrate R liegt im Bereich beispielsweise zwischen 30 Zyklen pro Sekunde (Hz) und 150 Hz. Der Schläger 14 ist im laufenden Betrieb durch die pneumatische Kammer 16 an den Erreger 13 angekoppelt und bewegt sich der gleichen Repetitionsrate wie der Erreger 13. Die Ankopplung des Schlägers 14 an den Erreger 13 erfolgt ausschließlich über eine Luftfeder. Die Luftfeder basiert auf einem Druckunterschied zwischen dem Druck in der pneumatischen Kammer 16 und dem Druck in der Umgebung. Der zwangsbewegte Erreger 13 erhöht bzw. verringert den Druck in der pneumatischen Kammer 16 mittels seiner periodischen axialen Bewegung. Der Schläger 14 wird durch den Druckunterschied in die Schlagrichtung 6 bzw. entgegen der Schlagrichtung 6 beschleunigt.
  • Der Bohrhammer 1 hat eine Gerätesteuerung 20, welche die Repetitionsrate R des Erregers 13 vorgibt. Die Gerätesteuerung 20 steuert den Elektromotor 8 an. Beispielsweise enthält der Elektromotor 8 eine Drehzahlregelung, der ein Sollwert für die Drehzahl durch die Gerätesteuerung 20 vorgegeben wird. Eine Drehzahlregelung kann ebenso in der Gerätesteuerung 20 basierend auf einem Drehzahlsensor an der Motorwelle und einer negativen Rückkopplungsschleife realisiert sein. Alternativ kann die Gerätesteuerung 20 eine Leistungsaufnahme des Schlagwerks 5 oder eine Leistungsaufnahme des Elektromotors 8 limitieren, um die Repetitionsrate vorzugeben.
  • Die Gerätesteuerung 20 erfasst die Stellung des Betriebstasters 12. Der Betriebstaster 12 hat eine Aus-Stellung, auf welche ansprechend die Gerätesteuerung 20 eine Repetitionsrate von Null vorgibt, d.h. das Schlagwerk 5 abschaltet. Der Betriebstaster 12 hat eine Ein-Stellung, auf welche ansprechend die Gerätesteuerung 20 das Schlagwerk 5 aktiviert. Der Elektromotor 8 wird bis zu einem Nennwert beschleunigt, um eine vorgegebene Soll-Repetitionsrate 21 des Erregers 13 zu erhalten. Vorzugsweise kehrt der Betriebstaster 12 selbsttätig von der Ein-Stellung in die Aus-Stellung zurück, wenn auf der Betriebstaster 12 nicht betätigt gehalten wird.
  • Das Erhöhen der Repetitionsrate R beim Wechsel des Betriebstasters 12 von der Aus-Stellung in die Ein-Stellung erfolgt in Abhängigkeit einer Temperatur T des Bohrhammers 1. Ein Temperatursensor 22 in dem Maschinengehäuse 10 misst die aktuelle Betriebstemperatur T. Der Temperatursensor 22 kann an dem Schlagwerk 5 oder zusammen mit anderer Elektronik der Gerätesteuerung 20 auf einer Leiterplatte angeordnet sein.
  • Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Steuerungsschema der Gerätesteuerung 20. Fig. 3 zeigt das Verhalten der Repetitionsrate R für unterschiedliche Temperaturen. Die Repetitionsrate ist in über die Ordinate aufgetragen; die Zeit ist über die Abszisse aufgetragen. Der Anwender drückt den Betriebstaster 12. Der Betriebstaster 12 wechselt von der Aus-Stellung in die oder eine der Ein-Stellungen. Die Gerätesteuerung 20 erfasst die gedrückte Stellung zu dem Zeitpunkt t2 (S1). Das Schlagwerk 5 wird nun aktiviert.
  • Die Gerätesteuerung 20 erfasst die Temperatur T von dem Temperatursensor 22 und vergleicht die Temperatur T mit einer Grenztemperatur Tc (S2). Die Grenztemperatur Tc liegt z.B. unterhalb von 10°C, z.B. bei 10°C, 5°C, 0°C, -5°C, -10°C. Die Grenztemperatur Tc kann unter Anderem in Abhängigkeit von dem verwendeten Schmieröl in dem Schlagwerk 5 eingestellt sein.
  • Angenommen die Temperatur T ist oberhalb der Grenztemperatur Tc. Der Erreger 13 beginnt sich vor- und zurückzubewegen. Der Erreger 13 wird mittelbar beschleunigt (S3), in dem Beispiel durch den Elektromotor 8. Die Repetitionsrate R steigt bis zu der Soll-Repetitionsrate 21 an. Mit Erreichen der Soll-Repetitionsrate 21 ist der Bohrhammer 1 vollständig betriebsbereit und der Einschaltvorgang abgeschlossen. Die Soll-Repetitionsrate R ist für ein Schlagwerk 5 vorgegeben und typischerweise ist die Effizienz oder die Schlagleistung des Schlagwerks 5 bei der Repetitionsrate R am höchsten. Typische Soll-Repetitionsraten von handgeführten Bohrhämmern liegen im Bereich zwischen 30 Zyklen pro Sekunde (Hz) für größere Schlagwerke und 150 Hz für kleinere Schlagwerke. Das weitere Verhalten des Bohrhammers 1 hängt von der Anwendung und der Verwendung durch den Anwender ab (S5). Der Verlauf der Repetitionsrate R ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.
  • Die Soll-Repetitionsrate R wird vorzugsweise möglichst rasch erreicht. Eine Leistungsaufnahme P des Schlagwerks 5, in diesem Beispiel die Leistungsaufnahme des antreibenden Elektromotors 8, ist vorzugsweise nicht durch eine Steuerung oder Regelung limitiert. Der Erreger 13 und der Elektromotor 8 beschleunigen mit den maximalen Kennwerten Pmax des Bohrhammers 1. Die Soll-Repetitionsrate R wird beispielsweise in einer Dauer t1 von vorzugsweise weniger als 1 s, z.B. weniger als 0,5 s, weniger als 0,2 s erreicht. Das Schlagwerk 5 kann in weniger als 20 Zyklen, z.B. weniger als 10 Zyklen, mehr als 5 Zyklen vollständig einsatzbereit sein.
  • Angenommen die Temperatur T liegt unterhalb der Grenztemperatur Tc. Der Einschaltvorgang unterteilt sich nun in zwei Phasen. Während der ersten Phase wird der Erreger 13 auf eine Repetitionsrate mit einem temperaturabhängigen Zwischenwert RTc beschleunigt. Der Zwischenwert RTc liegt oberhalb von 20 %, z.B. oberhalb von 40 %, 60 %, unterhalb von 80 %, z.B. unterhalb von 70 % der Soll-Repetitionsrate 21. Der Zwischenwert RTc kann mit annehmender Temperatur T sinken. Beispielsweise ist der Zwischenwert RTc2 für -10°C geringer als der Zwischenwert RT1c zu -5°C. Die Zwischenwerte RTc sind größer als die minimale Repetitionsrate, ab welcher, zumindest bei Raumtemperatur (20 °C), der Schläger 14 der Bewegung des Erregers 13 folgen kann. Der Schläger 14 beginnt bereits der Bewegung des Erregers 13 zu folgen. Bedingt durch die geringe Repetitionsrate R ist die Auslenkung des Schlägers 14 noch gering und entsprechend ist die Schlagenergie gering. Die Zwischenwert RTc wird vorzugsweise möglichst rasch erreicht. Eine Leistungsaufnahme P des Schlagwerks 5, in diesem Beispiel die Leistungsaufnahme des antreibenden Elektromotors 8, ist vorzugsweise nicht durch eine Steuerung oder Regelung limitiert. Der Erreger 13 und der Elektromotor 8 beschleunigen mit den maximalen Kennwerten Pmax des Bohrhammers 1 (S6). Der Zwischenwert RTc wird beispielsweise in einer Dauer von vorzugsweise weniger als 1 s, z.B. weniger als 0,5 s, weniger als 0,2 s erreicht.
  • Nach Erreichen des Zwischenwerts RTc (S7) beginnt die zweite Phase. Während der zweiten Phase wird die Leistungsaufnahme P des Schlagwerks 5 auf einen niedrigeren Wert PTc reduziert (S8). Die Beschleunigung des Erregers 13 ist in der zweiten Phase deutlich geringer als in der ersten Phase. Die Beschleunigung kann um mehr als einen Faktor zehn geringer sein. Der Erreger 13 kann mehr als 5 s, z.B. mehr als 10 s benötigen, bis die Soll-Repetitionsrate 21 erreicht ist. Beispielsweise erreicht der Erreger 13 erst nach 200 Zyklen, z.B. nach 500 Zyklen, die Soll-Repetitionsrate 21. Der Anwender nimmt die Änderung des Einschaltvorgangs deutlich wahr. Der Verlauf der Repetitionsrate R ist in Fig.3 durchgezogen für zwei verschiedene Temperaturen dargestellt.
  • Mit Erreichen der Soll-Repetitionsrate R (S9) ist der Einschaltvorgang beendet und der Betrieb (S5) beginnt.
  • Eine Variation des Einschaltvorgangs ist in Fig. 4 gezeigt. Der Ablauf ist im Wesentlichen wie zu Fig. 2 beschrieben. Der Bohrhammer 1 hat einen Vibrationssensor 23. Während der langsamen Beschleunigung, d.h. mit der limitierten Leistungsaufnahme PTc, prüft die Gerätesteuerung 20, ob die Vibrationswerte einen Vibrationsgrenzwert überschreiten. Sofern die Vibrationswerte den Vibrationsgrenzwert nicht überschreiten, unterscheidet sich das Steuerungsverfahren nicht von Fig. 2. Sofern der Vibrationsgrenzwert überschritten wird, z.B. zum Zeitpunkt t3, wird die Beschleunigung des Erregers 13 erhöht. Der Erreger 13 kann mit der maximalen Beschleunigung, d.h. unlimitierter Leistungsaufnahme Pmax, bis zu der Soll-Repetitionsrate 21 beschleunigt werden. Der Einschaltvorgang kann hierdurch verkürzt werden.
  • Fig. 5 zeigt ein beispielhaftes Steuerungsschema der Gerätesteuerung 20. Fig. 6 zeigt das Verhalten der Repetitionsrate R für unterschiedliche Temperaturen. Die Repetitionsrate ist in über die Ordinate aufgetragen; die Zeit ist über die Abszisse aufgetragen. Der Anwender drückt den Betriebstaster 12. Der Betriebstaster 12 wechselt von der Aus-Stellung in die oder eine der Ein-Stellungen. Die Gerätesteuerung 20 erfasst die gedrückte Stellung zu dem Zeitpunkt t2 (S1). Das Schlagwerk 5 wird nun aktiviert.
  • Die Gerätesteuerung 20 erfasst die Temperatur T von dem Temperatursensor 22 und vergleicht die Temperatur T mit einer Grenztemperatur Tc (S2). Die Grenztemperatur Tc liegt z.B. unterhalb von 10°C, z.B. bei 10°C, 5°C, 0°C, -5°C, -10°C. Die Grenztemperatur Tc kann unter Anderem in Abhängigkeit von dem verwendeten Schmieröl in dem Schlagwerk 5 eingestellt sein.
  • Angenommen die Temperatur T ist oberhalb der Grenztemperatur Tc. Das Verhalten ist gleich zu den vorhergehend beschriebenen Verfahren. Der Erreger 13 wird so schnell als möglich auf die Soll-Repetitionsrate R beschleunigt (S3), Mit Erreichen der Soll-Repetitionsrate 21 (S4) ist der Bohrhammer 1 vollständig betriebsbereit und der Einschaltvorgang abgeschlossen. Das weitere Verhalten des Bohrhammers 1 hängt von der Anwendung und der Verwendung durch den Anwender ab (S5). Der Verlauf der Repetitionsrate R ist in Fig. 6 gestrichelt dargestellt.
  • Angenommen die Temperatur T liegt unterhalb der Grenztemperatur Tc. Der Einschaltvorgang unterteilt sich zwei Phasen.
  • Während der ersten Phase wird der Erreger 13 maximal beschleunigt (S10). Die Leistungsaufnahme P des Schlagwerks 5 ist nicht limitiert. Der Erreger 13 wird bis zum Erreichen eines Vorgabewert Ro beschleunigt. Der Vorgabewert Ro liegt im Bereich zwischen 80 % und 150 % der Soll-Repetitionsrate 21. Der Vorgabewert Ro ist temperaturunabhängig. Aufgrund der maximalen Beschleunigung wird der Vorgabewert Ro wird beispielsweise in einer Dauer von vorzugsweise weniger als 1 s, z.B. weniger als 0,5 s, weniger als 0,2 s erreicht. Obwohl der Erreger 13 bewegt wird, ist keine Bewegung des Schlägers 14 zu erwarten. Anschließend wird der Erreger 13 für eine vorgegebene Haltezeit mit dem Vorgabewert Ro bewegt (S12). Beispielsweise bis der Zeitpunkt tw nach dem Einschalten vergangen ist. Die Haltezeit kann zwischen 2 s und 20 s betragen. Die Haltezeit ist vorzugsweise temperaturabhängig. Die Haltezeit sinkt mit steigender Temperatur T. Fig. 6 zeigt das Verhalten für eine Temperatur bei -5°C (gepunktet) und bei -10°C (durchgezogen).
  • Im Anschluss an die Haltezeit wird die Repetitionsrate R reduziert. Die Repetitionsrate R wird bis auf den temperaturabhängigen Zwischenwert RTc reduziert. Beispielsweise kann die Leistungsaufnahme P auf Null gesetzt werden (S13), wodurch das Schlagwerk 5 ausläuft und rasch langsamer wird. Alternativ kann die Leistungsaufnahme P soweit verringert werden, dass die Leistungsaufnahme Reibungsverluste und thermische Verluste nicht mehr kompensiert. Ferner kann das Schlagwerk 5 auch aktiv gebremst werden. Das Reduzieren der Repetitionsrate R wird beendet, wenn der Zwischenwert RTc erreicht ist. Der Zwischenwert RTc kann in gleicher Weise wie in den vorhergehenden Beispielen ausgewählt werden.
  • An die erste Phase schließt sich die zweite Phase an, welche gleich wie in den vorhergehenden Beispielen verläuft. Beispielsweise wird die Leistungsaufnahme P auf einen temperaturabhängigen Wert PTc erhöht (S8). Der Erreger 13 wird kontinuierlich beschleunigt, bis die Soll-Repetitionsrate 21 erreicht ist (S9). Danach ist der Einschaltvorgang beendet.
  • Der Bohrhammer 1 kann einen Vibrationssensor 23 aufweisen. Die Gerätesteuerung 20 prüft in einer Variante des Verfahrens von Fig. 5 während des Reduzierens der Repetitionsrate R (S13/S14), ob Vibrationen einen Vibrationsgrenzwert überschreiten. Sofern der Vibrationsgrenzwert nicht überschritten wird, läuft das Verfahren wie in Fig. 5 dargestellt. Fig. 7 illustriert dieses Verhalten in der durchgezogenen Linie. Sofern der Vibrationsgrenzwert überschritten wird, wird das Reduzieren der Repetitionsrate R vorzeitig beendet bevor der temperaturabhängige Zwischenwert RTc erreicht wird. Der Erreger 13 wird sofort gemäß der zweiten Phase, d.h. Schritten S8 und S9 auf die Soll-Repetitionsrate 21 beschleunigt.

Claims (10)

  1. Steuerungsverfahren für eine schlagende Handwerkzeugmaschine (1) mit den Schritten Erfassen eines Schaltzustandes eines Betriebstasters (12),
    Erfassen einer Temperatur (T) mit einem Temperatursensor (22),
    Aktivieren eines elektro-pneumatischen Schlagwerks (5) ansprechend auf ein Betätigen des Betriebstasters (12), wobei ein Erreger (13) des elektro-pneumatischen Schlagwerks (5) entlang einer Arbeitsachse (3) mit einer Repetitionsrate (R) vor- und zurückbewegt wird, wodurch ein über eine pneumatische Kammer (16) an den Erreger (13) angekoppelten Schläger (14) mitbewegt wird,
    wobei wenn die Temperatur (T) größer als eine Grenztemperatur (Tc) ist, die Repetitionsrate (R) aus der Ruhe bis zu einem Sollwert (21) kontinuierlich erhöht wird, und eine Dauer (t1) bis zum Erreichen des Sollwerts (21) kürzer als 10 Zyklen ist, wobei wenn die Temperatur (T) geringer als die Grenztemperatur (Tc) ist, eine Dauer (t4) aus der Ruhe bis zum Erreichen des Sollwerts (21) größer als 200 Zyklen ist.
  2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass wenn die Temperatur (T) größer als die Grenztemperatur (Tc) ist, die Repetitionsrate (R) mit einer ersten Beschleunigung kontinuierlich erhöht wird, und wenn die Temperatur (T) geringer als die Grenztemperatur (Tc) ist, in einer ersten Phase ein Zwischenwert (RTc) angesteuert wird, wobei zumindest abschnittsweise die Repetitionsrate (R) mit der ersten Beschleunigung erhöht wird, und in einer zweiten Phase die Repetitionsrate (R) mit einer zweiten Beschleunigung bis zu dem Sollwert (21) kontinuierlich erhöht wird.
  3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschleunigung geringer als 1/10 der ersten Beschleunigung ist.
  4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase die Repetitionsrate (R) aus der Ruhe mit der ersten Beschleunigung bis zu dem Zwischenwert (RTc) kontinuierlich erhöht wird und anschließend in der zweiten Phase die Repetitionsrate (R) mit der zweiten Beschleunigung bis zu dem Sollwert (21) kontinuierlich erhöht wird.
  5. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase die Repetitionsrate (R) aus der Ruhe mit der ersten Beschleunigung bis zu einem Vorgabewert (Ro) erhöht wird und die Repetitionsrate (R) ausgehend von dem Vorgabewert (Ro) zu dem Zwischenwert (RTc) abgesenkt wird, und anschließend in der zweiten Phase die Repetitionsrate (R) mit der zweiten Beschleunigung bis zu dem Sollwert (21) kontinuierlich erhöht wird.
  6. Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch kennzeichnet, dass, der Vorgabewert (Ro) zwischen 80% und 150% des Sollwerts (21) beträgt.
  7. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass der Zwischenwert (RTc) in Abhängigkeit der Temperatur (T) eingestellt wird.
  8. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch kennzeichnet, dass für die erste Beschleunigung das Schlagwerk (5) mit einer maximalen Leistungsaufnahme (Pmax) beschleunigt wird.
  9. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Zwischenwert (RTc) zwischen 20 % und 80 % des Sollwerts (21) beträgt.
  10. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (21) zwischen 30 Zyklen pro Sekunde und 150 Zyklen pro Sekunde beträgt.
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