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Title:
ELECTRIC HAND TOOL COMPRISING AN OPTIMISED WORKING REGION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/070624
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric hand tool (1) comprising an electric motor (8) used to drive a tool (6). The inventive electric hand tool (1) is characterised in that a sensor unit (9) for detecting the contact pressure of the tool (6) on a workpiece (7) co-operates with the signal transmitter (10).

Inventors:
SIEBER GUSTAV (HU)
SINGLE ULRICH (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/002582
Publication Date:
August 04, 2005
Filing Date:
November 23, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SIEBER GUSTAV (HU)
SINGLE ULRICH (DE)
International Classes:
B24B23/00; B24B23/04; B24B49/16; B25F5/00; (IPC1-7): B25F5/00; B24B23/00; B24B49/16
Foreign References:
US5014793A1991-05-14
US20030184308A12003-10-02
EP0659525A21995-06-28
US4410846A1983-10-18
US4487270A1984-12-11
CN2074697U1991-04-10
US5894095A1999-04-13
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 01 29 January 1999 (1999-01-29)
See also references of EP 1715983A1
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Claims:
Patentansprüche
1. ElektroHandwerkzeug mit einem dem Antrieb eines Werkzeugs dienenden Elektromotor, gekennzeichnet durch eine den Anpress druck des Werkzeuges (6) auf ein Werkstück (7) erfassende Sensor einheit (9), die mit einem Signalgeber (10) zusammenwirkt.
2. ElektroHandwerkzeug mit einem dem Antrieb eines Werkzeugs dienenden Elektromotor, insbesondere nach Anspruch 1, und einer der Betriebsführung des Elektromotors dienenden Steuerund/oder Regelungseinheit, gekennzeichnet durch eine den Anpressdruck des Werkzeuges (6) auf ein Werkstück (7) erfassende Sensoreinheit (9), die mit der Steuerund/oder Regelungseinheit (20) zusammen wirkt.
3. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (9) einen Dehnmessstreifen und/oder einen Piezosensor aufweist.
4. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (9) eine Strommessvorrichtung (23) aufweist, die den Motorstrom des Elekt romotors (8) erfasst.
5. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessvorrichtung (23) einen vom Motorstrom durchflossenen Shunt (31) und eine Auswer teelektronik (36) aufweist.
6. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (10) ein opti scher und/oder ein akustischer Signalgeber (12,13) und/oder ein den Tastsinn ansprechender Signalgeber (14) ist.
7. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Signalgeber (12) mindestens eine LED (15,16) und/oder ein LEDFeld (17) und/oder ein Display (19) und/oder eine Balkenanzeige (18) ist.
8. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Signalgeber (13) ein Lautsprecher und/oder eine Klingel ist.
9. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lautsprecher eine eine Tonausgabe, insbesondere eine Sprachausgabe, aufweisende Vor richtung zugeordnet ist.
10. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerund/oder Rege lungseinheit (20) das Drehmoment des Werkzeugs (6), beziehungs weise einer Werkzeugaufnahme (6'), in Abhängigkeit des Anpress drucks des Werkzeugs (6) auf das Werkstück (7) steuert und/oder regelt.
11. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerund/oder Rege lungseinheit (20) die Drehzahl des Werkzeugs (6), beziehungsweise der Werkzeugaufnahme (6'), in Abhängigkeit des Anpressdrucks des Werkzeugs (6) auf das Werkstück (7) steuert und/oder regelt.
12. ElektroHandwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerund/oder Rege lungseinheit (20) das Drehmoment des Werkzeugs (6), beziehungs weise der Werkzeugaufnahme (6'), in Abhängigkeit des Anpress drucks des Werkzeugs (6) auf das Werkstück (7) bei vorgegebener Drehzahl steuert und/oder regelt.
13. Verfahren zur Betriebsführung eines einen Elektromotor aufwei senden ElektroHandwerkzeugs, insbesondere mit einer Sensorein heit und mit einem Signalgeber nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte : Bestimmen des Anpressdrucks des Werkzeugs auf das Werk stück, Ausgabe des Anpressdrucks zum Ermöglichen der Änderung des Anpressdrucks des Werkzeugs durch den Benutzer.
14. Verfahren zur Betriebsführung eines einen Elektromotor aufwei senden ElektroHandwerkzeugs, insbesondere mit einer Sensorein heit und einer Steuerund/oder Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte : Bestimmen des Anpressdrucks des Werkzeugs auf das Werk stück, Selbsttätiges Einstellen des Drehmoments des Elektromotors, eines Werkzeugs und/oder einer Werkzeugaufnahme in Ab hängigkeit von dem Anpressdruck, insbesondere unter Be rücksichtigung einer vorgegebenen Drehzahl.
Description:
Elektro-Handwerkzeua mit optimiertem Arbeitsbereich Die Erfindung betrifft Elektro-Handwerkzeuge und Verfahren zur Be- triebsführung von Elektro-Handwerkzeugen.

Stand der Technik Elektro-Handwerkzeuge sind beispielsweise als Bohrmaschinen, Bohrschrauber, Schleifmaschinen und Exzenterschleifer bekannt.

Diese Elektro-Handwerkzeuge weisen im Allgemeinen eine drehbare Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug auf. Die Werkzeugaufnahme wird von einem Elektromotor angetrieben. Elektro-Handwerkzeuge der einfachen Ausführung haben eine feste Drehzahl für den Leerlauf vorgegeben. Etwas bessere Ausführungsformen der Elektro- Handwerkzeuge weisen die Möglichkeit auf, dass je nach Anwen- dungsfall eine unterschiedliche Drehzahl eingestellt werden kann.

Bei elektronisch geregelten Elektro-Handwerkzeugen wird diese einmal im Leerlauf eingestellte Drehzahl während des Arbeitsvor- gangs, also unter Belastung, konstant gehalten. Im Arbeitprozess drückt der Benutzer das Elektro-Handwerkzeug mit seinem Werk- zeug gegen den zu bearbeitenden Gegenstand. Bei einem Exzen- terschleifer wird z. B. ein das Werkzeug bildendes Schleifsubstrat gegen ein zu schleifendes Werkstück gedrückt. Jeder Benutzer wird je nach Konstitution und/oder Tagesform während des Arbeitspro- zesses einen anderen Anpressdruck ausüben. Das Arbeitsergebnis fällt je nach ausgeübtem Anpressdruck unterschiedlich aus. Im ge- nannten Beispiel des Exzenterschleifers wird die Schleifgüte, also die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks nach dem Schleifen, unterschiedliche Qualitäten für Schleifvorgänge aufweisen, die mit unterschiedlichen Anpressdrücken durchgeführt wurden. Ferner schwankt auch die Materialabtragsrate in Abhängigkeit vom An- pressdruck. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr groß, dass der Anpress- druck während der Dauer eines Arbeitsprozesses vom Benutzer nicht konstant gehalten wird und somit der Arbeitsprozess nicht

gleichmäßig durchgeführt wird. Weiterhin ist es wünschenswert den Anpressdruck reproduzierbar auszuüben, das heißt bei Unterbre- chung des Arbeitsprozesses diesen mit demselben Anpressdruck wieder aufzunehmen. Vor allen Dingen ist es wichtig, dass unabhän- gig vom jeweiligen Benutzer bei gleichen Arbeitsprozessen ein glei- cher, geeigneter Wert für den Anpressdruck erreicht wird. Geübten Benutzern gelingt es innerhalb eines Toleranzrahmens den geeig- neten Anpressdruck aufzubringen und diesen auch während des ge- samten Arbeitsprozesses konstant zu halten. Weniger geübte Benut- zer werden nur weniger zufriedenstellende Arbeitsergebnisse erzie- len.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Elektro-Handwerkzeug mit einem dem An- trieb eines Werkzeugs dienenden Elektromotor zeichnet sich da- durch aus, dass eine den Anpressdruck des Werkzeugs auf ein Werkstück erfassende Sensoreinheit mit einem Signalgeber zusam- menwirkt. Dadurch, dass der angewendete Anpressdruck für den Benutzer mittels des Signalgebers sichtbar ist, kann er feststellen, ob er einen Anpressdruck in einem optimierten Arbeitsbereich ausübt.

Der optimierte Arbeitsbereich stellt ausgezeichnete Arbeitsergebnis- se sicher. Liegt der Anpressdruck oberhalb des Anpressdrucks des optimierten Arbeitsbereichs, kann der Benutzer den Anpressdruck auf Grund der Rückmeldung durch den Signalgeber erniedrigen.

Wird hingegen ein zu niedriger Wert für den ausgeübten Anpress- druck angezeigt, kann der Benutzer den Anpressdruck erhöhen. Die Rückmeldung durch den Signalgeber kann zusätzlich zu der oben beschriebenen Angabe auch derart ermöglicht sein, dass angezeigt wird, ob der Wert des Anpressdrucks während des Arbeitsprozesses konstant gehalten wird oder ob der Benutzer diesen unbeabsichtigt ändert. Mit dem erfindungsgemäßen Elektro-Handwerkzeug ist es somit möglich den Anpressdruck zu überwachen und durch geeig- nete Maßnahmen des Benutzers diesen während eines Arbeitspro-

zesses auf einem geeigneten Wert, insbesondere konstant zu halten.

Ferner ist durch das erfindungsgemäße Elektro-Handwerkzeug die Voraussetzung geschaffen, dass ein Arbeitsprozess nach einer Un- terbrechung mit gleichem Anpressdruck fortgesetzt wird.

Erfindungsgemäß ist ferner zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Elektro-Handwerkzeug einen dem Antrieb eines Werk- zeugs dienenden Elektromotor und eine der Betriebsführung des E- lektromotors dienende Steuer-und/oder Regelungseinheit aufweist, die mit der Sensoreinheit, die den Anpressdruck des Werkzeuges auf das Werkstück erfasst, zusammenwirkt. Die Steuer-und/oder Rege- lungseinheit ist auf diese Weise in der Lage die Betriebsführung des Elektromotors dem momentan vom Benutzer angewendeten An- pressdruck anzupassen. Die Qualität des mit einem Elektro- Handwerkzeug erzielbaren Arbeitsergebnisses wird durch mehrere Arbeitsparameter festgelegt. Diese Arbeitsparameter sind unter an- derem der Anpressdruck und vom Elektromotor beeinflusste Arbeits- parameter, wie das Drehmoment und die Drehzahl des Werkzeugs.

Zur Durchführung eines optimierten Arbeitsprozesses ist es notwen- dig diese Arbeitsparameter aufeinander abzustimmen. Durch das erfindungsgemäße Elektro-Handwerkzeug ist die Voraussetzung dafür geschaffen, dass mittels der Steuer-und/oder Regelungsein- heit die zu dem momentan angewendeten Anpressdruck gehörigen, optimierten Arbeitsparameter Drehmoment und/oder Drehzahl einge- stellt werden. Der Benutzer des Elektro-Handwerkzeugs kann sich somit mit voller Konzentration dem Arbeitsprozess, beispielsweise dem Schleif-oder Bohrvorgang, widmen und hat trotzdem die Ge- wissheit, dass der Arbeitsprozess zumindest bezüglich der erfass- ten/gemessenen Größen im optimalen Arbeitsbereich stattfindet. Än- dert der Benutzer den Anpressdruck reagiert die Steuer-und/oder Regelungseinheit durch Nachregeln beispielsweise des Drehmo- ments, so dass der Arbeitsprozess im wünschenswerten Bereich verbleibt und ein optimales Arbeitsergebnis erzielt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Elektro- Handwerkzeug dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit ei- nen Dehnmessstreifen und/oder einen Piezosensor aufweist. Damit ist eine direkte Messung des Anpressdrucks des Werkzeugs auf das Werkstück möglich. Ferner lässt sich der Anpressdruck sehr präzise messen. Zusätzlich weisen diese Sensoren eine kleine Baugröße auf. Dadurch können sie problemlos in das Elektro-Handwerkzeug integriert werden.

In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Elektro- Handwerkzeug dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit eine Strommessvorrichtung aufweist, die den Motorstrom des Elektromo- tors misst. Aus dem jeweiligen Motorstrom kann der zu diesem Zeit- punkt angewendete Anpressdruck abgeleitet werden. Unter Last wird sich ein bestimmtes Drehmoment einstellen, welches vom Motor- strom abhängig ist. Solange der Elektromotor keine Sättigung auf- weist, was insbesondere im Leerlauf sein kann, ist das Drehmoment dem Quadrat des Motorstroms proportional. Arbeitet der Elektromo- tor hingegen auf Grund einer Belastung in der Sättigung, ist das Drehmoment im Wesentlichen dem Motorstrom proportional. Wird der Anpressdruck erhöht, wird sich der Motorstrom des Elektromo- tors erhöhen. Wird der Anpressdruck erniedrigt, wird der Motorstrom niedriger ausfallen. Somit kann durch Bestimmen des Motorstroms der Anpressdruck durch relative Ermittlung bestimmt werden. Dies ist vorteilhaft, da es eine kostengünstige Möglichkeit darstellt, den An- pressdruck zu bestimmen, ohne dass konstruktive Änderungen (wie bei Kraftsensoren notwendig) an dem Elektro-Handwerkzeug vorzu- nehmen sind.

In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das E- lektro-Handwerkzeug eine Strommessvorrichtung auf, die einen vom Motorstrom durchflossenen Shunt und eine Auswerteelektronik um- fasst Die Strommessung mittels eines Shunts ist sehr präzise. Es wird die am Shunt abgefallene Spannung gemessen, die mittels des

bekannten Widerstandswertes des Shunts in der Auswerteelektronik in einen Stromwert beziehungsweise eine Aussage über den An- pressdruck umgewandelt wird.

In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Signal- geber ein optischer und/oder ein akustischer und/oder ein den Tast- sinn ansprechender Signalgeber. Es ist vorteilhaft, Signalgeber, die unterschiedliche Sinne eines Benutzers ansprechen, vorzusehen, da die Elektro-Handwerkzeuge in unterschiedlichen Arbeitsumgebungen verwendet werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein in einer lauten Arbeitsumgebung einen optischen oder einen den Tastsinn ansprechenden Signalgeber einzusetzen und keinen akustischen Signalgeber, In einer Arbeitsumgebung mit vielen optischen Reizen oder wenn der Arbeitsprozess eine genaue Beobachtung des Ar- beitsvorgangs durch den Benutzer erfordert, kann es sinnvoller sein, einen akustischen Signalgeber einzusetzen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet der optische Signalgeber mindestens eine LED und/oder ein LED-Feld und/oder ein Display und/oder eine Balkenanzeige. Die genannten optischen Signalgeber haben einen geringen Energieverbrauch und sind von kleiner Baugestalt. LED können in verschiedenen Farbausführungen eingesetzt werden und erlauben somit durch die Farbe von Farb- übergängen, der"An/Aus"-Funktion und/oder der Variation der Hel- ligkeit eine differenzierte Aussage zum Anpressdruck. Mit Display- Anzeigen ist es zusätzlich möglich, konkrete Messwerte anzuzeigen.

Mittels Balkenanzeigen lässt sich nicht nur der momentane Wert des Anpressdrucks anzeigen, sondern auch eine Tendenzaussage ma- chen. Liegt der gewünschte Anpressdruck zum Beispiel in der Mitte der Balkenanzeige, so lässt sich ein zu großer oder zu kleiner An- pressdruck durch deutliche Anzeige-Abweichung von der Mitte ein- fach feststellen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Elektro-Handwerkzeug mit einem akustischen Signalgeber vorgesehen, der ein Lautspre- cher und/oder eine Klingel und/oder ein Summer oder dergleichen ist. Akustische Signale, wie Klingelzeichen oder durch einen Laut- sprecher ausgegebene Töne sind als Signalzeichen möglich. Vor- zugsweise werden sie so verwendet, dass bei Ertönen des Signals dieses dem Benutzter anzeigt, dass er bei der Handhabung des E- lektro-Handwerkzeugs in einem nicht optimierten Arbeitsbereich ar- beitet. Auch ist es möglich, die Tonhöhe mit der Anpressdruck- Abweichung zu variieren, sodass sich der Benutzer sehr leicht orien- tieren kann.

In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass dem Lautsprecher eine eine Sprachausgabe aufweisende Vor- richtung zugeordnet ist. Vorteilhaft ist beispielsweise hierbei, dass neben einem einfachen Signal zusätzlich sprachliche Angaben, wie beispielsweise Arbeitsanweisungen für den Benutzer, ausgegeben werden können.

In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Steuer-und/oder Regelungseinheit das Drehmoment des Werkzeugs, beziehungsweise einer Werkzeugaufnahme, in Abhän- gigkeit des Anpressdrucks des Werkzeugs auf das Werkstück steuert und/oder regelt. Im Arbeitsprozess wird auf das Werkzeug eine Be- lastung ausgeübt, die aus der Wechselwirkung des Werkzeugs mit dem Werkstück resultiert. Bei einem Exzenterschleifer wird auf Grund der Reibung zwischen der Schleiffläche und der Oberfläche des Werkstücks der Antrieb/Elektromotor belastet. Die Belastung ist abhängig vom Anpressdruck und wird größer, wenn ein größerer An- pressdruck ausgeübt wird. Bei den verwendeten Elektromotoren für Elektro-Handwerkzeuge bewirkt die Abbremsung eine Erniedrigung der Drehzahl des Werkzeuges und gleichzeitig eine Erhöhung des Drehmoments. Dies kann zu einem schlechten Arbeitsergebnis, bei- spielsweise zum Fliessen des Materials der Oberfläche des Werk-

stücks, führen. In diesem Fall ist es sinnvoll, den Elektromotor so zu regeln, dass das Drehmoment nicht erhöht wird. Somit kann es vor- teilhaft sein, das Drehmoment dem momentan vom Benutzer ausge- übten Anpressdruck anzupassen, um im optimierten Arbeitsbereich zu verbleiben oder diesen zu erreichen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich oder alter- nativ zum vorstehenden Drehmoment vorgesehen, dass das Elektro- Handwerkzeug mittels der Steuer-und/oder Regelungseinheit die Drehzahl des Werkzeugs, beziehungsweise der Werkzeugaufnahme, in Abhängigkeit vom Anpressdruck des Werkzeugs auf das Werk- stück steuert und/oder regelt. Die Drehzahl eines Werkzeugs wird unter Last im Allgemeinen erniedrigt. Auf der anderen Seite ist es in vielen Anwendungsbereichen eines Elektro-Handwerkzeugs für ein gutes Arbeitsergebnis wichtig, bei einer bestimmten Drehzahl zu ar- beiten. Somit ist es vorteilhaft die Drehzahl des Werkzeugs in Ab- hängigkeit des Anpressdrucks zu steuern und/oder zu regeln, um sie beispielsweise konstant zu halten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Elektro- Handwerkzeug ist vorgesehen, dass die Steuer-und/oder Rege- lungseinheit das Drehmoment des Werkzeugs, beziehungsweise der Werkzeugaufnahme, in Abhängigkeit vom Anpressdruck des Werk- zeugs auf das Werkstück bei vorgegebener Drehzahl steuert und/oder regelt. Bei Elektro-Handwerkzeugen mit elektronisch gere- gelter Drehzahl, wird die zu Beginn des Arbeitsprozesses vom Be- nutzer eingestellte Drehzahl konstant gehalten. Somit ist das Dreh- moment der Parameter der dem jeweils ausgeübten Anpressdruck automatisch angepasst wird.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Betriebsführung eines einen Elektromotor aufweisenden Elektro-Handwerkzeugs, insbe- sondere mit einer Sensoreinheit und einem Signalgeber, wird in ei- nem ersten Schritt selbsttätig der Anpressdruck des Werkzeugs auf

das Werkstück bestimmt, um im nächsten Schritt durch die Ausgabe des Anpressdrucks eine Möglichkeit für den Benutzer zur Änderung desselben zu schaffen. Vorteilhaft ist, dass der Benutzer, der mit dem Elektro-Handwerkzeug arbeitet, in der Handhabung unterstützt wird. Hierbei ist mit Unterstützung gemeint, dass er während des ge- samten Arbeitsprozesses eine Rückmeldung darüber bekommt, ob er den Anpressdruck im optimierten Arbeitsbereich ausübt und/oder ob er ihn konstant hält. Er ist in der Lage auf Grund der Rückmel- dung vom Signalgeber den Anpressdruck zu ändern und bekommt eine Rückmeldung, ob die Änderung ausreichend war. Falls er den Anpressdruck unbeabsichtigt geändert hat, bekommt er dies ange- zeigt und kann diesen nachführen. Beispielsweise wird als Signale- ber eine Balkenanzeige verwendet, muss der Benutzer lediglich dar- auf achten, dass der angezeigte Wert für den von ihm ausgeübten Anpressdruck im richtigen Bereich des Anzeigenfeldes bleibt. Er sieht sofort, wenn er den Anpressdruck verändert und kann reagie- ren.

In einem weiteren, bevorzugten Verfahren zur Betriebsführung eines einen Elektromotor aufweisenden Elektro-Handwerkzeugs, insbe- sondere mit einer Sensoreinheit und einer Steuer-und/oder Rege- lungseinheit, wird nach dem selbsttätigen Bestimmen des Anpress- drucks des Werkzeugs auf das Werkstück mittels der Steuer- und/oder Regelungseinheit das Drehmoment der Werkzeugaufnah- me, beziehungsweise des Werkzeugs, insbesondere unter Berück- sichtigung einer vorgegebenen Drehzahl, gesteuert und/oder gere- gelt. Vorzugsweise sind hierbei die notwendigen, optimierten Ar- beitsparameter in einem Speicher der Steuer-und/oder Regelung- einheit gespeichert. Die Steuer-und/oder Regelung des Drehmo- ments kann dann schnell und präzise unter Berücksichtigung des momentan ausgeübten Anpressdrucks erfolgen. Auf diese Weise wird der Arbeitsprozess stets im optimierten Arbeitsbereich erfolgen.

Somit ist nicht nur das Arbeitsergebnis optimiert, sondern auch die Dauer des Arbeitsprozesses.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand von den Zeichnungen erläutert.

Es zeigen : Figur 1 ein als Exzenterschleifer ausgebildetes Elektro- Handwerkzeug mit Sensoreinheit und Signalgeber in schematischer Darstellung, Figur 2 bis 6 Beispiele für verschiedene Anzeigen eines optischen Signalgebers, Figur 7 ein als Exzenterschleifer ausgebildetes Elektro- Handwerkzeug mit Sensoreinheit und Steuer-und/oder Regelungseinheit, Figur 8 eine Prinzipschaltung einer Strommessung des Motor- stroms eines Elektromotors eines Elektro- Handwerkzeugs, Figur 9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Betriebsfüh- rung eines Elektro-Handwerkzeugs und Figur 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur selbsttätigen Betriebsführung eines Elektro-Handwerkzeugs.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt ein Elektro-Handwerkzeug 1, das als Exzenterschleifer ausgebildet ist. Es weist ein Gehäuse 2, ein elektrisches Zufüh- rungskabel 3 sowie einen Haltegriff 4 auf. Ferner zeigt die Figur 1

eine Werkzeugaufnahme 6'mit einem Werkzeug 6, mit dem ein Werkstück 7 bearbeitbar ist. Der Antrieb des Werkzeugs 6 erfolgt mit einem Elektromotor 8. Der im Betrieb mit einer bestimmten Drehzahl und einem entsprechenden Drehmoment arbeitende Elektromotor 8 treibt das als Schleifmittelsubstrat ausgebildete Werkzeug 6 an. Je nach Ausführungsform des Elektro-Handwerkzeugs 1 ist entweder eine feste Drehzahl vorgegeben oder es können unterschiedliche Werte für die Drehzahl eingestellt werden. Bei den elektronisch ge- regelten Elektro-Handwerkzeugen wird die einmal eingestellte Dreh- zahl während des Arbeitsprozesses, also unter Last, konstant gehalten. Eine Sensoreinheit 9 ermittelt den vom Benutzer bei der Handhabung des Elektro-Handwerkzeugs 1 aufgebrachten Anpress- druck des Werkzeugs 6 auf das Werkstück 7. Die Sensoreinheit 9 weist einen in der Figur nicht dargestellten Dehnmessstreifen oder- in einem alternativen Ausführungsbeispiel-einen Piezosensor auf.

Sie kann auch, wie in Figur 8 näher beschrieben, eine Strommess- vorrichtung 23 zur Messung des Motorstroms des Elektromotors 8 aufweisen. Zur Beschreibung der Strommessvorrichtung 23 der Sen- soreinheit 9 wird auf die Beschreibung zu Figur 7 verwiesen. Die Sensoreinheit 9 wirkt mit einem Signalgeber 10 über eine elektrische Verbindung 11 zusammen. Der Signalgeber 10 kann ein optischer Signalgeber 12 und/oder ein akustischer Signalgeber 13 sein. Zu- sätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Signal- geber ein den Tastsinn ansprechender Signalgeber 14 ist, der vibrie- rend auf den Handgriff 4 wirkt, um dem Benutzer ein Signal zu ge- ben. Der akustische Signalgeber 13 kann als Klinge, Summer oder Lautsprecher ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dem Lautsprecher eine Vorrichtung für eine Sprachausgabe zuzuordnen.

Alle drei Ausführungsformen des Signalgebers 10 können sowohl alternativ als auch in unterschiedlichen Kombinationen vorgesehen sein.

Verwendet der Benutzer das Elektro-Handwerkzeug 1, so erfasst er es am Handgriff 4 und drückt es mit seinem Werkzeug 6 auf das zu

bearbeitende Werkstück 7. Die Sensoreinheit 9 ermittelt den vom Benutzer aufgebrachten Anpressdruck des Werkzeugs 6 auf das Werkstück 7 und meldet den entsprechenden Wert an den Signale- ber 10, der dem Benutzer eine Information über die Größe des An- pressdrucks vermittelt. Übt der Benutzer einen zu kleinen Anpress- druck aus, so erhält er über den Signalgeber 10 die Information, den Anpressdruck zu erhöhen. Ist sein aufgebrachter Anpressdruck zu groß, so erhält er ebenfalls von der Sensoreinheit 9 ein entsprechen- des Signal, sodass er den Anpressdruck verkleinern kann, um auf diese Art und Weise den für den Schleifvorgang erforderlichen, rich- tigen Anpressdruck aufbringen zu können.

In den Figuren 2 bis 6 sind Beispiele für optische Signalgeber 12 ge- zeigt. Der optische Signalgeber 12-gemäß Figur 2-ist im ein- fachsten Fall eine lichtemittierende Diode 15 (LED) mit z. B. grüner Farbe. Ist der für den Anpressdruck bestimmte Wert im optimierten Arbeitsbereich, leuchtet der optische Signalgeber auf. Wird der An- pressdruck im optimierten Arbeitsbereich überschritten oder unter- schritten, geht die LED aus. So wird dem Benutzer angezeigt, wenn er den Anpressdruck im optimierten Arbeitsbereich ausübt. Es ist allerdings auch denkbar, dass die LED eine z. B. rote LED ist und die Logik der Anzeige des optischen Signalgebers 12 derart ist, dass erst bei einem Anpressdruck, der nicht im optimierten Arbeitsbereich liegt, die LED leuchtet. In diesem Fall wird dem Benutzer angezeigt, wenn er einen Anpressdruck ausübt, der nicht im optimierten Ar- beitsbereich liegt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich die Hellig- keit der LED zu variieren, um den jeweiligen Anpressdruck zu signa- lisieren. Es ist ebenfalls denkbar, dass die LED bei Abweichung vom Anpressdruck des optimierten Arbeitsbereichs blinkt. Wird der An- pressdruck erhöht, erhöht sich die Blinkfrequenz, wird er erniedrigt, erniedrigt sich die Blinkfrequenz.

In Figur 3 weist der optische Signalgeber 12 zwei Leuchtdioden 16 auf, die eine differenziertere Aussage erlauben. Eine LED ist eine

rote LED und die andere LED ist eine grüne LED. Ist der Anpress- druck im optimierten Arbeitsbereich, leuchtet die grüne LED auf. Ist der Anpressdruck außerhalb des optimierten Arbeitsbereiches leuchtet die rote LED auf. Ändert sich der Anpressdruck, ist aber noch im optimierten Bereich, leuchtet zusätzlich zur grünen LED die rote LED auf. Ist der Anpressdruck nicht mehr im optimierten Ar- beitsbereich, geht die grüne LED aus und es leuchtet nur noch die rote LED.

Mit einem LED-Feld 17, wie in Figur 4 gezeigt, kann zusätzlich ein Tendenz-oder Trendsignal realisiert werden. Das LED-Feld 17 be- steht aus einer Vielzahl von lichtemittierenden in einer Reihe ange- ordneten Dioden 16. Die mittlere LED leuchtet auf, wenn der An- pressdruck z. B. zu Beginn des Arbeitsprozesses einen Wert im opti- mierten Bereich aufweist. Leuchtet eine LED rechts von der mittleren LED bedeutet dies, dass der Wert für den Anpressdruck höher als der optimale Wert liegt. Je weiter der Anpressdruck vom optimalen Wert entfernt ist, um so weiter liegt die leuchtende LED von der Mitte entfernt. Analog bedeutet eine leuchtende LED links von der mittle- ren LED, dass der Benutzer einen zu kleinen Wert für den Anpress- druck ausübt. Somit wird dem Benutzer zusätzlich die Art der Abwei- chung (zu hoher oder zu niedriger Anpressdruck) und die Größe der Abweichung vom optimierten Wert angezeigt. Es ist auch möglich ein LED-Feld 17 aus verschiedenfarbigen LEDs aufzubauen und auf diese Weise verdeutlichende Aussagen zu realisieren. Selbstver- ständlich kann das LED-Feld-17 auch aus zwei oder mehr Reihen aufgebaut sein.

Die Aussage einer Balkenanzeige 18, wie in Figur 5 gezeigt, ist ana- log der Aussage des LED-Feldes 17. Zusätzlich wird mittels der Lä n- ge des Balkens die Höhe des Anpressdrucks angezeigt.

Ist der optische Signalgeber 12 ein Display 19, wie in Figur 6 gezeigt, wird der Wert des Anpressdrucks angezeigt und mit den"Größer"-

beziehungsweise"Kleiner"-Symbolen eine Über-oder Unterschrei- tung des optimierten Wertes für den Anpressdruck angezeigt.

Es ist ebenfalls möglich, die verschiedenen optischen Signalgeber 12 zu kombinieren. Ein Beispiel wäre die Kombination einer z. B. roten LED 15 mit einem Displayfeld. Hier zeigt dann die LED an, wenn der Anpressdruck nicht im optimierten Bereich liegt und das Display 19 zeigt den bestimmten Wert an. Die dargestellten Ausführungsformen für den optischen Signalgeber 12 sind lediglich als Beispiele zu ver- stehen. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Elektro- Handwerkzeug auch andere Ausführungsformen für die optische An- zeige des Anpressdrucks umfassen.

Es ist auch vorstellbar, dass der optische Signalgeber 12 mit dem akustischen Signalgeber 13 kombiniert wird. Eine z. B. grüne LED leuchtet bei optimiertem Anpressdruck und bei Überschreiten oder Unterschreiten des Anpressdrucks ertönt ein akustisches Signal und die LED erlischt.

In Figur 7 ist ein als Exzenterschleifer ausgebildetes Elektro- Handwerkzeug 1 gezeigt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszif- fern wie in Figur 1 versehen und es wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen. Anstelle des Signalgebers 10 ist eine Steuer- und/oder Regelungseinheit 20 vorhanden, die mit dem Elektromotor 8 zusammenwirkt. Der mit der Sensoreinheit 9 ermittelte Anpress- druck wird mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 21 der Steu- er-und/oder Regelungseinheit 20 zugeführt. Eine elektrische Verbin- dung 22 stellt einen elektrischen Kontakt zwischen der Steuer- und/oder Regelungseinheit 20 und dem Elektromotor 8 her. Wird der Exzenterschleifer gemäß Figur 7 vom Benutzer verwendet, so ergibt sich Folgendes : Der Benutzer drückt das Werkzeug 6 des Exzen- terschleifers mit einem gewissen Anpressdruck auf das zu bearbei- tende Werkstück 7. Das Werkzeug 6 arbeitet mit einer Drehzahl und es stellt sich ein Drehmoment ein. Der Anpressdruck wird mittels

Sensoreinheit 9 bestimmt und an die Steuer-und/oder Regelung- einheit 20 übermittelt. Diese wirkt mit dem Elektromotor 8 zusammen und ändert dessen Parameter, also das Drehmoment und/oder die Drehzahl derart, dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment zu diesem Anpressdruck passt und der Exzenterschleifer in einem opti- mierten Arbeitsbereich arbeitet. Das Arbeiten in einem optimierten Arbeitsbereich führt zu einem guten Arbeitsergebnis und zu einer optimierten Arbeitszeit.

Für das Arbeiten mit einem beispielsweise als Bohrschrauber ausge- bildeten Elektro-Handwerkzeug gilt Folgendes : Das Werkzeug 6 des Bohrschraubers ist ein Bit, mit dem eine Schraube in ein Werkstück 7 eingedreht wird. Ein optimierter Arbeitsbereich für einen Bohrschrau- ber zeichnet sich dadurch aus, dass das Bit nicht durchdreht, also nicht über den Kreuzschlitz der Schraube rutscht. Im Betrieb wird sich insbesondere in Abhängigkeit von Schraube und Werkstück ein bestimmtes Drehmoment einstellen. Ist der vom Benutzer ausgeübte Anpressdruck für ein bestimmtes Drehmoment zu niedrig, dreht das Bit durch und ein Eindrehen der Schraube ist nicht mehr möglich. Die Flanken des Kreuzschlitzes werden beschädigt. Im erfindungsgemä- ßen Betrieb ermittelt die Sensoreinheit 9 den Anpressdruck, der dem Benutzer durch den Signalgeber 10 angezeigt wird. Er kann daher den richtigen Anpressdruck aufbringen, so dass das Einschrauben ohne Abrutschen/Überdrehen gelingt. Es ist auch möglich, dass ein Bohrschrauber mit einer Steuer-und/oder Regelungseinheit 20 ein- gesetzt wird, die mit dem Elektromotor 8 zusammenwirkt und das Drehmoment und/oder die Drehzahl steuert oder regelt. Das bedeu- tet insbesondere, dass zu einem bestimmten Anpressdruck nur ein Drehmoment, welches in einem begrenzten Wertebereich liegt, ab- gegeben wird. Hierdurch lässt sich ein Abrutschen/Überdrehen des Bits im Schraubenkreuzschlitz vermeiden.

In Figur 8 ist der Stromkreis des schematisch gezeigten Elektromo- tors 8 mit dessen Anschlussklemmen 24 und 30, den elektrischen

Verbindungsleitungen 25 und 29 sowie den Anschlussklemmen 26 und 28 der Netzversorgung 27 gezeigt. In die Verbindungsleitung 29 ist die Strommessvorrichtung 23 mit Anschlussklemmen 32 und 33, einem Shunt 31 und einer Auswerteeinheit 36 eingefügt. Zur deutli- cheren Darstellung sind die zur Strommessvorrichtung 23 gehörigen Komponenten mit einem gestrichelten Kästchen umrahmt. Von den Anschlussklemmen 32 und 33 führen die elektrischen Verbindungs- leitungen 34 und 35 zur Auswerteeinheit 36. Mit der Auswerteeinheit 36 der Strommessvorrichtung 23 ist mittels elektrischer Verbin- dungsleitungen 38 und 37 der Signalgeber 10, in der Figur ausgebil- det als optischer Signalgeber 12, verbunden.

Die Strommessvorrichtung 23 hat die Aufgabe den den Elektromotor 8 durchfließenden Motorstrom zu bestimmen und daraus den An- pressdruck, den ein Benutzer auf das Werkzeug 6, bzw. auf die Werkzeugaufnahme 6'ausübt, zu ermitteln. Die Arbeitsweise der Strommessvorrichtung 23 ist wie folgt : Am Shunt 31 tritt durch den Motorstrom ein dem Widerstandswert des Shunts 31 proportionaler Spannungsabfall auf, sodass zwischen der Anschlussklemme 32 und der Anschlussklemme 33 eine Spannungsdifferenz entsteht. Diese Spannungsdifferenz wird in der Auswerteeinheit 36 in einen Wert umgerechnet, der dem Anpressdruck entspricht. Diese Vorgehens- weise ist aufgrund folgender Gegebenheiten möglich : Ein auf das Werkzeug 6, bzw. die Werkzeugaufnahme 6', ausgeübter Anpress- druck führt dazu, dass sich ein bestimmtes Drehmoment eingestellt.

Das Drehmoment des Elektromotors ist im normalerweise vorliegen- den Sättigungsbetrieb dem Motorstrom etwa proportional. Bei einem hohen Anpressdruck wird sich ein hohes Drehmoment einstellen und somit ein hoher Motorstrom ermittelt werden. Ein niedriger Anpress- druck wird zu einem niedrigeren Drehmoment führen und damit zu einem niedrigeren Motorstrom. Somit besteht ein Zusammenhang zwischen dem Anpressdruck und dem Motorstrom. Da der Motor- strom am Shunt 31 einen entsprechenden Spannungsabfall erzeugt, der von der Auswerteeinheit 36 als Anpressdruck interpretiert und

mittels des Signalgebers 10 dem Benutzer angezeigt wird, kann vom Benutzer die erforderliche Betriebsführung des Handwerkzeugs durchgeführt werden, das heißt, er ist in der Lage, in Abhängigkeit von der Signalisierung des Signalgebers 10 den Anpressdruck zu verstärken, zu erniedrigen oder beizubehalten, je nachdem welche Information er erhält.

In Figur 9 ist als Flussdiagramm ein Verfahren zur Betriebsführung eines Elektro-Handwerkzeugs 1 mit Sensoreinheit 9 und Signalgeber 10-wie in Figur 1 gezeigt-dargestellt. Der erste Verfahrensschritt 40 beinhaltet die Bestimmung des Anpressdrucks mit dem der Be- nutzer das Werkzeug 6 des Elektro-Handwerkzeugs 1 auf das zu bearbeitende Werkstück 7 drückt. Der ermittelte Wert für den An- pressdruck wird-mit 42 dargestellt-dem zweiten Verfahrensschritt 41 zugeführt. Im zweiten Verfahrensschritt 41 wird dem Benutzer sichtbar gemacht, ob der ermittelte Wert des Anpressdrucks in einem optimierten Arbeitsbereich liegt. Im Elektro-Handwerkzeug 1 ist in einem Speicher abgelegt, welcher Anpressdruck für die Durchfüh- rung von Arbeiten im optimierten Arbeitsbereich jeweils aufgebracht werden muss. Insoweit ist das Elektro-Handwerkzeug 1 in der Lage, selbsttätig den Benutzer zu führen. Der Benutzer erhält durch die Erfindung eine Einordnung/Beurteilung des von ihm ausgeübten An- pressdrucks. Die Aktion des Benutzers ist in Figur 3 durch eine Linie 43, die eine Rückkopplung darstellt, gezeigt. Es kann vorgesehen sein, dass dieser Rückkopplungsvorgang stetig, also Laufend erfolgt oder in bestimmten Zeitintervallen.

In Figur 10 ist als Flussdiagramm ein Verfahren zur Betriebsführung eines Elektro-Handwerkzeugs 1 mit Sensoreinheit 9 und Steuer- und/oder Regelungseinheit 20-wie in Figur 2 gezeigt-dargestellt.

Der im Verfahrensschritt 40 bestimmte Anpressdruck wird-entspre- chend der Linie 42-an einen zweiten Verfahrensschritt 44 übermit- telt. Im zweiten Verfahrensschritt 44 wird dieser Wert zu im Elektro- Handwerkzeug 1 gespeicherten optimalen Arbeitsparametern des

Elektromotors 8 in Bezug gesetzt. Eine Steuer-und/oder Regelung- anweisung 45 der Steuer-und/oder Regelungseinheit 20 wird gemäß einem dritten Verfahrensschritt 46 an den Elektromotor 8 gegeben.

Dieser stellt seine Drehzahl und/oder sein Drehmoment selbsttätig dahingehend ein, dass das Elektro-Handwerkzeug im optimierten Arbeitsbereich arbeitet.