GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine meißelnde Handwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk.

Bei einer Handwerkzeugmaschine aktiviert ein Anwender einen Elektromotor durch Betätigen eines elektrischen Systemtasters. Das Schlagwerk wird aktiviert, wenn der Anwender ein in die Handwerkzeugmaschine eingesetztes Werkzeug an einen Untergrund drückt. Die Anpresskraft auf das Werkzeug ist somit notwendig, um das Schlagwerk in Aktion zu halten. Falls die Anpresskraft momentan nicht ausreichend ist, schaltet sich das Schlagwerk ab. Da nach Abschalten des Schlagwerks eine geringe Anpresskraft dieses wieder aktiviert, kann sich ein ungünstiges repetitives an- und abschalten ergeben.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für eine Handwerkzeugmaschine beinhaltet die Schritte: Antreiben eines Schlagwerks mit einem Elektromotor, wobei ein Erregerkolben des pneumatischen Schlagwerks periodisch von dem Elektromotor angetrieben wird und ein Schlagkolben des Schlagwerks über eine pneumatische Kammer mit dem Erregerkolben gekoppelt ist. Die Beschleunigung eines Maschinengehäuses wird längs einer Schlagrichtung des Schlagkolbens zu unterschiedlichen Phasen der Bewegung des Erregerkolbens erfasst. Eine Drehzahl eines Elektromotors wird in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung zu den unterschiedlichen Phasen geregelt.

Die Handwerkzeugmaschine erkennt basierend auf den erfassten Beschleunigungen, ob der Anwender die Handwerkzeugmaschine stabil führt oder überfordert ist. Entsprechend wird die Leistungsabgabe der Handwerkzeugmaschine mittels der Drehzahl des Elektromotors gesteuert.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Maß für eine Anpresskraft auf ein Werkzeug der Handwerkzeugmaschine basierend auf der Beschleunigung und der Phase geschätzt wird und die Drehzahl basierend auf der geschätzten Anpresskraft geregelt wird. Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat einen Handgriff, ein Maschinengehäuse, einen Werkzeughalter, in welchem ein Werkzeug längs einer Arbeitsachse geführt ist, und einen Elektromotor zum Antreiben eines Schlagwerks. Das pneumatischen Schlagwerk hat einen mit dem Elektromotor gekoppelten Erregerkolben, einen Schlagkolben und eine den Erregerkolben an den Schlagkolben ankoppelnde pneumatische Kammer. Ein Beschleunigungssensor dient zum Erfassen einer Beschleunigung längs einer Arbeitsachse des Maschinengehäuses. Ein Sensor dient zum Erfassen einer Phase des Erregerkolbens. Eine Auswertungseinheit dient zum Bestimmen einer Anpresskraft auf das Werkzeug basierend auf der erfassten Phase und der erfassten Beschleunigung a. Eine Steuereinheit dient zum Einstellen einer Drehzahl des Elektromotors, wobei die Steuereinheit eine Drehzahl ansprechend auf bestimmte Anpresskraft einstellt.

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 Beschleunigungssignale bei geringer Anpresskraft Fig. 3 Beschleunigungssignale bei mittlerer Anpresskraft Fig. 4 Beschleunigungssignale bei hoher Anpresskraft

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt als Beispiel einer handgeführten Handwerkzeugmaschine schematisch einen Bohrhammer 1. Der beispielhafte Bohrhammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen ein Werkzeug 3 eingesetzt und verriegelt werden kann. Das Werkzeug 3 ist beispielsweise ein Bohrer, ein Meißel, etc.. Die beispielhaft dargestellt Ausführungsform dreht den Werkzeughalter 2 um eine Arbeitsachse 4 und übt zugleich periodisch Schläge auf das Werkzeug längs der Arbeitsachse 4 auf. Die Handwerkzeugmaschine 1 kann einen Moduswahlschalter 5 aufweisen, welcher dem Anwender ermöglicht selektiv die Drehbewegung und selektiv den schlagenden Betrieb zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Handwerkzeugmaschine 1 hat einen Handgriff 6. Der Anwender kann die Handwerkzeugmaschine 1 während des Betriebs mit dem Handgriff 6 halten und führen. Vorzugsweise ist der Betriebstaster 7 an dem Handgriff 6 derart angebracht, dass der Anwender den Betriebstaster 7 mit der den Handgriff 6 greifenden Hand betätigen kann. Der Handgriff 6 kann von einem Maschinengehäuse 8 über Dämpfelemente entkoppelt sein. Die Handwerkzeugmaschine 1 wird durch den Betriebstaster 7 ein- und ausgeschaltet. Der Betriebstaster 7 ist in dem Handgriff 6 angeordnet. Der Anwender kann den Betriebstaster 7 vorzugsweise mit der den Handgriff 6 haltenden Hand betätigen.

Die Handwerkzeugmaschine 1 hat einen Drehantrieb 9, welcher mit dem Werkzeughalter 2 gekoppelt ist. Der Drehantrieb 9 kann unter anderem ein untersetzendes Getriebe 10, eine Rutschkupplung 11 aufweisen. Eine Abtriebswelle 12 des Drehantriebs 9 ist an den Werkzeughalter 2 angebunden. Der Drehantrieb 9 ist an einen Elektromotor 13 gekoppelt. Der Anwender kann den Elektromotor 13 durch Betätigen des Betriebstasters 7 ein- und ausschalten, wobei der Betriebstaster 7 entsprechend eine Stromversorgung des Elektromotor 13 steuert. In einer Ausführungsform kann eine Drehzahl des Elektromotors 13 über den Betriebstaster 7 eingestellt werden.

Die Handwerkzeugmaschine 1 hat ein pneumatisches Schlagwerk 14. Das pneumatische Schlagwerk 14 hat einen Erregerkolben 15 und einen Schlagkolben 16. Der Erregerkolben 15 ist dauerhaft an den Elektromotor 13 angekoppelt. Da der Erregerkolben 15 dauerhaft mit dem Elektromotor 13 gekoppelt ist, bewegt sich der Erregerkolben 15 sobald sich der Elektromotor 13 dreht, d.h. wenn der Anwender den Betriebstaster 7 betätigt. Das Verhältnis der Drehzahl des Elektromotors 13 zu der Periodizität der Bewegung des Erregerkolbens 15 ist durch die Getriebekomponenten in dem Antriebsstrang zwischen Elektromotor 13 und Erregerkolben 15 vorgegeben. Beispielhafte Getriebekomponenten sind ein Exzenterrad 17 und ein Pleuel 18, welche die Rotationsbewegung des Elektromotors 13 in eine translatorische Bewegung auf der Arbeitsachse 4 transformieren. Der Erregerkolben 15 und der Schlagkolben 16 schließen zwischen einander eine pneumatische Kammer 19 ab. Ein radialer Abschluss der pneumatischen Kammer 19 ist bei der dargestellten Ausführungsform durch ein Führungsrohr 20 gegeben, welches zugleich den Erregerkolben 15 und den Schlagkolben führt. In anderen Ausführungsformen kann der Schlagkolben hohl ausgebildet sein und der Erregerkolben 15 ist in dem Schlagkolben geführt oder vice versa. Die in der pneumatischen Kammer 19 eingeschlossene Luft wird durch den Erregerkolben 15 komprimiert und dekomprimiert. Die Druckwechsel koppeln den Schlägerkolben an die Bewegung des Erregerkolbens 15 an, die pneumatische Kammer 19 verhält sich analog einer Feder, daher auch der Name Luftfeder. Der Erregerkolben 15 und der Schlagkolben 16 können vollzylindrisch ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Erregerkolben 15 topfförmig ausgebildet sein und der Schlagkolben 16 ist in dem Erregerkolben 15 geführt. Analog kann der Erregerkolben 15 in dem Schlagkolben 16 geführt sein. Der Schlagkolben 16 kann unmittelbar auf das Werkzeug 3 oder mittelbar über einen Döpper 21 auf das Werkzeug aufschlagen.

Der Anwender übt auf den Handgriff 6 eine Kraft in Schlagrichtung 22 aus, um das Werkzeug 3 an die Wand anzupressen. Das Werkzeug 3 ist in dem Werkzeughalter 2 längs der Schlagrichtung 22 beweglich. Das Werkzeug 3 wird entgegen der Schlagrichtung 22 in den Werkzeughalter 2 verschoben und verschiebt dabei den Döpper 21, bis dieser an einem Anschlag zum Anliegen kommt. Diese Stellung des Döppers 21 wird nachfolgend als Arbeitsstellung bezeichnet. Im meißelnden Betrieb schlägt der Schlagkolben 16 auf den Döpper 21 in dessen Arbeitsstellung auf. Der Döpper 21 in Arbeitsstellung definiert die Laufstrecke und Laufzeit, welche der Schlagkolben 16 zwischen zwei Schlägen zurücklegt. Die Stellung, in welcher der Schläger auf den Döpper 21 in Arbeitsstellung schlägt, wird nachfolgend Schlagpunkt genannt.

Die Anpresskraft des Anwenders muss ausreichend sein, damit der Döpper 21 vor jedem nächsten Schlag in die Arbeitsstellung zurückkehrt. Falls der Anwender keine oder eine zu geringe Anpresskraft auf das Werkzeug 3 ausübt, wird der Döpper 21 nach einem Schlag nicht in die Arbeitsstellung zurückgeschoben. Der Döpper 21 liegt nun in einer Leerschlagstellung. In diesem Fall deaktiviert sich das pneumatische Schlagwerk 14 selbsttätig, um Beschädigungen des Handwerkzeugmaschine 1 und Verletzungen des Anwenders zu vermeiden. Die Abschaltung erfolgt durch Belüften der pneumatischen Kammer 19. Der Schlagkolben 16 ist nicht mehr an den sich weiterhin bewegenden Erregerkolbens 15 angekoppelt und kommt zum Liegen.

Eine Belüftung der pneumatischen Kammer 19 kann durch Belüftungsöffnungen in dem Führungsrohr 20 erfolgen. Die Belüftungsöffnungen können beispielsweise durch ein weggesteuertes Ventil geöffnet bzw. geschlossen werden. Ein weggesteuertes Ventil basiert auf einer Mantelfläche des Schlagkolbens 16, welcher in Abhängigkeit der Position mit den Belüftungsöffnungen überlappt bzw. nicht überlappt. Die Belüftungsöffnungen sind geschlossen, wenn der Schlagkolben 16 in Schlagrichtung vor dem Schlagpunkt ist. Die pneumatische Kammer 19 ist aktiv und der Schlagkolben 16 ist an den Erregerkolben 15 angekoppelt. Überschreitet der Schlagkolben 16 den Schlagpunkt in der Schlagrichtung, sind die Belüftungsöffnungen offen. Die pneumatische Kammer 19 ist belüftet und damit deaktiviert. Die durch den Erregerkolben 15 bewegte Luft kann über die Belüftungsöffnungen ein- und ausströmen. Die Belüftung der pneumatischen Kammer 19 kann auch andere gesteuerte Ventile erfolgen. Die Belüftung kann auch mittelbar oder unmittelbar durch den Döpper 21 erfolgen.

Das Schlagwerk 14 wird wieder aktiviert, wenn der Anwender das Werkzeug 3 gegen den Untergrund anpresst. Die Belüftungsöffnungen 23 werden geschlossen und der Schlagkolben 16 ist wieder an den Erregerkolben 15 angekoppelt. Hierbei ergibt sich die Problematik, dass die Belüftungsöffnungen typischerweise bereits durch eine geringe Anpresskraft verschlossen werden können. Wenn der Schlagkolben 16 auf den schwach angepressten Döpper 21 aufschlägt, kann der Schlagkolben 16 über den Schlagpunkt hinausgleiten. Das Schlagwerk 14 deaktiviert sich erneut. Der Anwender bekommt Schwierigkeiten, die Kontrolle über die Handwerkzeugmaschine 1 zu gelangen.

Die Handwerkzeugmaschine 1 hat eine Sensorik 24 zum Erfassen der Anpresskraft des Anwenders. Die Sensorik 24 basiert auf einem Beschleunigungssensor 25 zum Erfassen einer Beschleunigung des Maschinengehäuses 8. Der Beschleunigungssensor 25 ist in dem Maschinengehäuse 8 angeordnet. Die Anordnung ist derart, dass der Beschleunigungssensor 25 vorzugsweise ungedämpft in dem Schlagwerk 14 auftretende Beschleunigungen erfassen kann. Der Beschleunigungssensor 25 ist beispielsweise an dem Schlagwerksgehäuse 20, z.B. dem Führungsrohr 20 oder einer mit dem Führungsrohr 20 starr verbundenen Komponente angeordnet. Das Schlagwerksgehäuse 20 erfährt eine Beschleunigung in Abhängigkeit von der Bewegung von Schlagkolben 16, Döppers 21 und Werkzeug 3, dem Typ des Werkzeugs 3, des zu bearbeitenden Untergrunds und auf von dem Verhalten des Anwenders, unter anderem der von dem Anwender ausgeübten Anpresskraft.

Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 zeigen den Verlauf der Beschleunigung a in Abhängigkeit der Zeit. Entsprechend der periodischen Bewegung des Schlagkolbens 16 ist ein etwa periodisches Verhalten der Beschleunigung erkennbar. Die Amplitude variiert jedoch von Schlag zu Schlag. Einerseits ist dies aufgrund des zunehmend abgebauten Untergrunds und dessen Inhomogenitäten zu erwarten, auch trägt ein leicht verändertes Verhalten des Anwenders hierzu bei. Zudem sind die kurzzeitigen und sehr hohen Beschleunigungen nur mit einer großen Toleranz erfassbar, die Beschleunigungen liegen im Bereich des 10-fachen der Erdbeschleunigung (gestrichelte Linie). Die Amplitude eignet sich daher nicht, die Anpresskraft verlässlich zu bestimmen. Das Verhalten der Beschleunigung zum Zeitpunkt des Prellschlags 26 des Döppers 21 erweist sich als gutes Indiz für die Anpresskraft. Neben der Amplitude ist unter Anderem der Zeitpunkt und die Dauer bis der Prellschlag abklingt, d.h. der Döpper 21 in seiner Arbeitsstellung verharrt, von der Anpresskraft abhängig. Der Einfluss des Untergrunds und des Werkzeugs auf den Zeitpunkt und die Dauer des Prellschlags zeigt ein anderes Verhalten, als deren Einfluss auf die Amplitude. Dies ermöglicht die unterschiedlichen Einflüsse zu unterscheiden und die Anpresskraft zu schätzen.

Untersuchungsreihen mit der Handwerkzeugmaschine 1 für unterschiedliche Werkzeuge, unterschiedliche Untergründe und unterschiedliche Anpresskraft wurden durchgeführt. Aus den für die Handwerkzeugmaschine 1 und Parametern spezifischen Beschleunigungskurven sind parametrisiert in einer Tabelle abgelegt. Die Tabelle kann in einem Speicher 27 in der Sensorik 24 abgespeichert sein. Die Anpresskraft wird basierend kann anhand der Tabelle und einer aktuell aufgenommenen Beschleunigungskurve bestimmt werden. Die Beschleunigungskurve wird parametrisiert. Zu den erhaltenen Parametern wird die größte Übereinstimmung in der Tabelle ermittelt und die zugehörige Anpresskraft ausgegeben.

Die Sensorik 24 kann zudem einen Sensor 28 zum Erfassen einer Phase des Erregerkolbens 15 enthalten. Die streng periodische Bewegung des Erregerkolben 15 dominiert den zeitlichen Ablauf der Bewegung des Schlagkolbens 16 und des Döppers 21. Das Schlagwerk 14 hat eine Kompressionsphase 29, wenn Erregerkolben 15 und Schlagkolben 16 in geringstem Abstand zueinander die pneumatische Kammer 19 komprimieren. Der Schlagkolben 16 übt zu diesem Zeitpunkt die größte Rückwirkung auf den Erregerkolben 15 und damit das Schlagwerksgehäuse 20 aus. Außerhalb dieser Kompressionsphase sollte der Schlagkolben 16 bei optimalen Betriebsbedingungen nahezu keine Kraft auf das Schlagwerksgehäuse 20 ausüben. Die anderen Spitzen der Beschleunigung sind im Wesentlichen durch den Rückschlag des Döppers 21 oder den Aufprall des Schlagkolbens 16 in Dämpfelemente verursacht. Die Auswertung der Beschleunigung a beruht vorzugsweise auf den Spitzen außerhalb der Kompressionsphase. Hierfür können vorteilhafter weise durch separates Bestimmen der Phase des Erregerkolbens 15 die Spitzen den unterschiedlichen Phasen zugeordnet werden bzw. die Spitzen außerhalb der Kompressionsphase für die Auswertung der Anpresskraft ausgewählt werden. Ferner ist die Kenntnis der aktuellen Phase für die genaue Bestimmung des Zeitpunkts des Auftretens einer Spitze, Flanke oder anderer Charakteristika der Beschleunigung a von Bedeutung. Ein Nullpunkt der Zeit kann beispielsweise auf eine bestimmte Phase des Erregerkolbens 15 bezogen werden, z.B. die Phase der vom Werkzeug 3 abgewandten Stellung des Erregerkolbens 15 vom Werkzeug 3. Eine Auswertungseinheit 30 zum Bestimmen der Anpresskraft kann einen Mikroprozessor oder eine andere Datenverabeitungseinrichtung beinhalten.

Die Phase des Erregerkolbens 15 kann durch eine Auswertung der Beschleunigung über die Zeit erfolgen. Allerdings werden hierfür mehrere Zyklen und Rechenleistung benötigt. Alternativ kann ein Sensor 28 die Phase des Erregerkolbens 15 bestimmen. Der Sensor 28 kann beispielsweise an dem Erregerkolben 15, an dem Getriebe 10 oder in dem Elektromotor 13 integriert sein. Der Sensor 28 ist beispielsweise ein Winkelsensor, optischer Sensor, elektrischer Sensor, etc..

Die Motorsteuerung oder ähnliche Steuereinheit 31 der Handwerkzeugmaschine 1 reduziert die Drehzahl des Elektromotors 13, wenn die geschätzte Anpresskraft geringer als ein Soll- Wert ist. Die Drehzahl kann in Abhängigkeit der Anpresskraft festgelegt werden. Beispielsweise ist eine Tabelle in der Motorsteuerung 31 hinterlegt, welche einer Anpresskraft eine Drehzahl zuordnet. Die Zuordnung kann auch in der Sensorik 24 hinterlegt sein. Eine Reduktion der Drehzahl bewirkt eine geringere Schlagkraft des Schlagwerks 14 und kann bei geringerer Anpresskraft in Betrieb gehalten werden.