Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mit einem Elektrowerkzeug eine elektrisch angetriebene Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Handbohrmaschine, eine Handkreis- oder Stichsäge oder ähnliche, auch stationäre Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise eine Tischkreissäge gemeint.

Bei derartigen Werkzeugmaschinen ist es aus Sicherheitsgründen schon vorgeschlagen worden, mittels Sensoren im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zu erfassen, ob dort eine Gliedmaße des Maschinenbedieners ist, so dass man dann entsprechend reagieren kann, beispielsweise die Werkzeugmaschine stoppen kann, um schwerwiegende Unfälle zu verhindern. So zeigt die europäische Patentanmeldung EP 2 386 383 A1 eine Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit zur Anwesenheitserkennung von menschlichem Gewebe in einem Werkzeugmaschinenarbeitsbereich mittels der spektralen Auswertung einer optischen Strahlung. Fotodioden erfassen die Reflexion eines LED-Infrarotlichts. Danach wird die erfasste Antwort mit in einer Datenbank gespeicherten Werten verglichen, denen jeweils die Information„menschliches Gewebe da" / "nicht da" zugeordnet ist.

Ähnliches zeigen die europäischen Patentanmeldungen EP 2 073 954 A1 und EP 2 064 480 A1 , wobei ein Ultrabreitband-Radarsensor anstatt den Fotodioden zum Einsatz kommt.

Weitere Sicherheitsmaßnahmen an Werkzeugmaschinen, wie z.B. Kreissägen betreffen die Vermeidung von Unfällen aufgrund der Überhitzung des Bearbeitungswerkzeugs. So heizen sich beim Sägen die Sägeblätter durch die dabei auftretende Reibung auf. Beim Arbeiten mit überhitzten Sägeblättern können lebensgefährliche Risse entstehen. Zur Vermeidung der Überhitzung des Sägeblatts ist daher beispielsweise in der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2013 007 344 U1 vorgeschlagen worden, mittels Infrarotsensoren die Oberflächentemperatur des Sägeblatts zu erfassen und als Eingangsparameter für eine Werkzeugsteuerung zu nehmen, die z.B. die Drehzahl des Sägeblatts entsprechend steuert. Weitere Sicherheitsmaßnahmen zielen darauf ab, zu erkennen, ob in einem zu bearbeitenden Werkzeug ein Fremdkörper enthalten ist, also etwa bei einem zu sägenden Brett ein Nagel, siehe beispielsweise die deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 054 701 A1 . Unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Abkühlungskonstanten auf, welche beispielsweise nach der sogenannten Laser-Flash-Analyse-Methode ermittelt werden können. Neben der Abkühlungskonstante weisen unterschiedliche Materialien auch jeweils unterschiedliche Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeiten auf. Der Einsatz des Laser-Flash-Analyse-Verfahrens zur Ermittlung von Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeit wird z.B. in den US-Patentdokumenten US 2016/033,431 A1 , US 2014/3301 ,424 A1 und US 4928254 in unterschiedlichen Ausprägungen beschrieben. Die US-Patentschrift US 5,489,778 A1 offenbart ein Verfahren zur Unterscheidung von Materialien, wobei diese Materialien mit einem Laser beaufschlagt werden und dann mittels entsprechender Sensoren die thermische Impulsantwort des Materials ausgewertet wird.

Die US-Patentanmeldung US 2016/0016240 A1 offenbart ein Elektrowerkzeug, bei dem unterschiedliche Werkstückeigenschaften, wie z.B. die Dichte des Werkstücks mittels unterschiedlicher Sensoren erfasst werden können, um das Werkstückmaterial zu bestimmen oder um zu bestimmen, ob sich Fremdkörper im Werkstückmaterial befinden, z.B. Nägel in Holz. Als Sensoren kommen dabei z.B. optische, akustische, kamerabasierte, kapazitive, induktive, piezoelektrische, thernnische oder magnetische Sensoren sowie Ultraschall oder IR-Sensoren oder Bewegungsmesser in Frage. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bedienung des Elektrowerkzeugs zu verbessern, sowie dessen Lebensdauer zu verlängern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Steuerverfahrens für ein Elektrowerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, hinsichtlich des Elektrowerkzeugs selbst mit den Merkmalen des Anspruchs 10.

Die Erfindung betrifft wie gesagt ein Elektrowerkzeug, wie z.B. eine Bohrmaschine, eine Kapp- Kreis- oder Stichsäge, aber insbesondere ein als Handwerkzeug ausgebildetes Elektrowerkzeug, welches zumindest ein Bearbeitungswerkzeug, z.B. einen Bohrer, ein Sägeblatt oder ein Sägeband aufweist und sich zur Bearbeitung von Werkzeugen aus unterschiedlichen Materialien eignet. So können mit einer Bohrmaschine beispielsweise Werkzeuge aus Holz, Metall oder Kunststoff bearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für das Elektrowerkzeug zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

Ermittlung der Abkühlungskonstante des zu bearbeitenden Werkstücks aus vorher erfassten Messwerten, Bestimmen des Werkstückmaterials aus der ermittelten Abkühlungskonstante, Vorgeben von zur Bearbeitung dieses Werkstücks mit dem Elektrowerkzeug geeigneten Anfangswerten für Maschinenparameter wie Vorschub, Drehzahl und Drehmoment des Elektrowerkzeugs, und Speichern der Anfangswerte zur Inbetriebsetzung des Elektrowerkzeugs bei auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern bzw. Inbetriebsetzen des Elektrowerkzeugs bei auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern. Im Sinne einer einfachen und mit wenig Aufwand gangbaren Lösung wird dabei zur Ermittlung der Abkühlungskonstante die Umgebungstemperatur gemessen, oder, falls beispielsweise vorbekannt, vorgegeben, und ferner das Werkstück gegenüber der Umgebungstemperatur erwärmt, bis eine vorgegebene Anfangstemperatur erreicht ist, und dann, nach Ablauf einer zu definierenden bzw. vorgegebenen Zeitdauer, die Ist-Temperatur des Werkstücks gemessen und zwar bevorzugt an einem Punkt auf dem Werkstück, an dem das Werkstück vorher erwärmt worden ist.

Die Abkühlungskonstante lässt sich dann auf einfache Weise gemäß folgender Formel berechnen:

wobei

t: definierter Zeitpunkt

k: Abkühlungskonstante,

T _A : Temperatur des Werkstücks zu einem Zeitpunkt t ₀ = 0,

Tu : Umgebungstemperatur und

T : Temperatur des Werkstücks zu dem definierten Zeitpunkt t ist.

Zur Erwärmung des Werkstücks kann das Elektrowerkzeug vorzugsweise eine Laserstrahlquelle, insbesondere eine Laserdiode aufweisen, die weiterhin bevorzugt zur Abgabe eines punktförmigen Laserstrahls auf das Werkstück geeignet ist.

Selbstverständlich kann das Steuerungsverfahren den anschließenden Bearbeitungsschritt, in dem das Werkstück mit dem Elektrowerkzeug bei auf die Anfangswerte eingestellten Masch inenparametern bearbeitet wird, ebenfalls umfassen. Die Bearbeitung kann dabei entweder durchgängig bei auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern erfolgen oder zumindest ausgehend von auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern, wobei der Wert der Maschinenparameter im Arbeitsverlauf nachjustierbar sein könnte, beispielsweise im Ansprechen auf weitere Eingangsgrößen, wie z.B. einer Temperaturänderung des Bearbeitungswerkzeugs des Werkstücks oder einem erfassten Ausnahmezustand, wie z.B. die Anwesenheit von menschlichem Gewebe im Bearbeitungsbereich. Das erfindungsgemäße Elektrowerkzeug ist entsprechend zur Durchführung des Steuerungsverfahrens eingerichtet und weist dementsprechend die dafür nötige Soft- und Hardware auf.

Dies kann zum Einen eine Maschinensteuerung sein, die zur Ermittlung der Abkühungskonstante des zu bearbeitenden Werkstücks aus vorher erfassten Messwerten, zur Bestimmung des Werkstückmaterials aus der ermittelten Abkühlungskonstante, zum Vorgeben von zur Bearbeitung des Werkstücks aus dem bestimmten Werkstückmaterial mit dem Elektrowerkzeug geeigneten Anfangswerten für Maschinenparameter wie Vorschub, Drehzahl und Drehmoment sowie zur Speicherung der Anfangswerte zur Inbetriebsetzung des Elektrowerkzeugs bei auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern und/oder zur Inbetriebsetzung des Elektrowerkzeugs bei auf die Anfangswerte eingestellten Maschinenparametern eingerichtet ist.

Die Maschinensteuerung kann hierfür einen MikroController oder einen Mikroprozessor mit geeigneten Datenspeichern umfassen, auf der entsprechende Steuerroutinen abgelegt sind. Die Maschinensteuerung kann ferner eine lokal oder entfernt abgespeicherte Datenbank umfassen, in der die Abkühlungskonstanten bestimmter Materialien abgelegt sind, so dass beim Bestimmen des Werkstückmaterials aus der ermittelten Abkühlungskonstante auf die Datenbank, beispielsweise in Form einer Lookup-Tabelle zurückgegriffen werden kann, bzw. das einer ermittelten Abkühlungskonstante zugeordnete Werkstückmaterial aus der Datenbank ausgewählt werden kann. Zwar wird die Abkühlungskonstante nicht allein durch das Werkstückmaterial definiert, so dass theoretisch Werkstücke unterschiedlicher Materialien die gleiche Abkühlungskonstante aufweisen könnten. Im vorliegenden Anwendungsfall ist die Anzahl der für das zu bearbeitende Werkstücke in Frage kommenden Materialien jedoch zum Einen stark begrenzt, und zwar auf sehr unterschiedliche Materialien (Beispiel Bohrmaschine: Ziegel, Beton, Fliesen, Metall, Kunststoff, Holz). Zum Anderen kann die Oberfläche des Werkstücks für Standardfälle vorgegeben werden. So lassen sich in der Lookup-Tabelle z.B. typische Werte der Abkühlungskonstante für in Frage kommende Materialien hinterlegen, die vorher beispielsweise durch Messreihen an entsprechenden Objekten, z. B. „geflieste Wand im Innenbereich", bestimmt worden sind. Ein Algorithmus kann dann nach Messung der aktuellen Abkühlungskonstante auf die Lookup-Tabelle zugreifen und nach dem nächstliegenden Wert suchen, wodurch sich das Werkstückmaterial ergibt.

Die Maschinensteuerung kann ferner eine Datenbank mit für ein bestimmtes Material geeigneten Anfangswerten für die Maschinenparameter umfassen, so dass das Vorgeben bzw. Voreinstellen des Elektrowerkzeugs auf diese Anfangswerte durch Auswahl der Anfangswerte aus der entsprechenden Datenbank erfolgen kann. Weiterhin kann auch eine Zuordnung von geeigneten Anfangswerten für die Maschinenparameter zu unterschiedlichen Werkzeugmaterialien entsprechenden Werten für die Abkühlungskonstante in Datenbankform als Teil der Maschinensteuerung vorhanden sein, so dass der Verfahrensschritt des Bestimmens des Werkstückmaterials aus der ermittelten Abkühlungskonstante und dann das Vorgeben der Anfangswerte in Abhängigkeit von dem bestimmten Werkzeugmaterial entsprechend abgekürzt bzw. vorab bei der Erstellung der entsprechenden Datenbank vorgenommen werden kann.

Die Datenbank bzw. die Datenbanken kann bzw. können in nachträglich erweiterbarer Form vorgehalten werden, um Datensätze für neue Materialien nachrüsten zu können. Es wäre auch denkbar, eine Lernfunktion zur Übernahme einmal bei einer bestimmten Abkühlungskonstante verwendeter Maschinenpara- meterwerte vorzusehen.

Vorteilhaft werden zur Ermittlung der Abkühlungskonstante Temperaturwerte erfasst, und zwar weiterhin bevorzugt berührungslos. Entsprechend weist das Elektrowerkzeug vorteilhaft zumindest einen Temperatursensor, weiterhin bevorzugt einen berührungslos arbeitenden Temperatursensor wie z.B. einen Infrarot-Temperatursensor auf.

Die zu erfassenden Temperaturwerte können dabei naturgemäß Werkstücktemperaturwerte umfassen, da ja dessen Abkühlungskonstante ermittelt werden soll. In Abwandlung der Erfindung wäre es aber ebenso denkbar, anstatt oder ergänzend zur Abkühlungskonstante weitere, das Werkstückmaterial definierende, temperaturabhängige Konstanten, wie beispielsweise die Wärmeoder Temperaturleitfähigkeit aus den Temperaturwerten zu bestimmen. So wäre es beispielsweise denkbar, an einem punktuell aufgeheizten Werkstück die Temperatur zu erfassen und an einem vom Heizpunkt um einen bekannten Abstand beabstandeten Punkt die sich nach einer bestimmten Zeit einstellende Temperatur, um so die Temperaturleitfähigkeit des Werkstücks zu bestimmen, oder daraus seine Abkühlungskonstante abzuleiten.

Ist der verwendete IR-Temperatursensor dazu eingerichtet, seine eigene Temperatur, also die Sensortemperatur zu messen, so kann diese als Wert für die Umgebungstemperatur Tu herangezogen werden, wohingegen die Ist-Temperatur T nach dem Ablauf der Zeit t und die Anfangstemperatur T _A auf dem Werkstück gemessen werden können. Vorteilhaft wird das Erwärmen des Werkstücks dabei so durchgeführt, dass das Werkstück nicht beschädigt wird. Die gewünschte Anfangstemperatur T _A soll also unterhalb einer Temperatur liegen, bei der das Werkstück eine Beschädigung erleidet. Dabei wird, während das Werkstück erwärmt wird, vorteilhaft laufend erfasst, ob die gewünschte Anfangstemperatur T _A erreicht ist, wozu weiterhin vorteilhaft der Temperatursensor eingesetzt wird. Es wäre jedoch auch denkbar, eine bestimmte Aufwärmzeit vorzugeben und dann die Anfangstemperatur zu messen. Um eine Beschädigung des IR-Temperatursensors oder eine Beeinflussung der Messwerte durch reflektierende Laserstrahlung zu verhindern, sind der Temperatursensor und die Laserquelle weiterhin bevorzugt so geschaltet, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, dass sie nie gleichzeitig, sondern abwechseln bzw. aufeinanderfolgend in Betrieb sind.

Um den Einsatz des neu vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens insbesondere für ein Handwerkzeug zu vereinfachen, ist dabei der Temperatursensor und/oder die Laserstrahlquelle so an oder auf dem Elektrowerkzeug angebracht, dass er bzw. sie auf einen in Bearbeitungsrichtung des Bearbeitungswerkzeugs vor dem Bearbeitungswerkzeug gelegenen Punkt gerichtet ist, bzw. sind. Vorteilhaft wird das Elektrowerkzeug dann vom Benutzer in Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück mit seinem Bearbeitungswerkzeug ausgerichtet, also mit seinem Bearbeitungswerkzeug in die vorgesehene Bearbeitungsrichtung, wobei die Erwärmung des Werkstücks mittels der Laserstrahlquelle und die Werkstücktemperaturmessungen mittels des Temperatursensors im gleichen Zug vorgenommen werden können. Zur Steigerung der Genauigkeit der Materialbestimmung können weitere Materialeigenschaften des Werkstücks gemessen bzw. aus Messungen ermittelt werden, wie beispielsweise die Reflexion von Laserstrahlung oder auch anderen, auf das Werkstück abgegebenen Strahlungen, z.B. sichtbares Licht oder Wärmestrahlung in einem bestimmten Frequenzbereich bzw. Fasenverschiebun- gen bei reflektierten Strahlungen etc.. Weiterhin können neben den Materialeigenschaften auch weitere Eigenschaften des Werkstücks zur Voreinstellung der Maschinenparameter herangezogen werden, beispielsweise Abmaße wie die Werkzeugdicke beim Sägen, die Länge des durchzuführenden Schnitts, etc.. Weiterhin können natürlich auch vorgegebene oder voreingestellte Maschinenparameter in die Voreinstellung der Anfangswerte der einstellbaren Maschinenparameter eingehen. Vorgegebene Maschinenparameter könnten beispielsweise die Art des Bearbeitungswerkzeugs sein (z.B. Steinbohrer, Holzbohrer oder Metallbohrer) oder die Art der Kühlung etc.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierzu lediglich eine Prinzipskizze der Werkzeugsensorik an einem zu bearbeitenden Werkstück.

Das Newtonsche Abkühlungsgesetz lautet in einer seiner Schreibweisen nach gelöster Differentialgleichung

wobei

t: Zeit,

k: Abkühlungskonstante,

T _A : Temperatur des Körpers zum Zeitpunkt t ₀ = 0,

Tu: Umgebungstemperatur,

T: Temperatur des Körpers zum Zeitpunkt t.

Im Rahmen der Erfindung wird eine Anordnung bzw. ein Verfahren vorgeschlagen, um die Abkühlungskonstante eines Körpers bzw. Werkstücks berührungslos zu bestimmen und daraus wiederum, aus welchem Material das Werkstück besteht. Hierzu wird zunächst die Umgebungstemperatur durch einen IR-Temperatursensor 1 gemessen. Es wird dazu angenommen, dass die Sensortemperatur an sich gleich der Umgebungstemperatur Tu ist. Der IR-Temperatursensor 1 ist sowohl in der Lage, seine Sensortemperatur zu bestimmen als auch die Temperatur eines anderen nicht in Berührung mit dem Sensor stehenden Objektes. Nun wird ein punktförmiger Laserstrahl durch eine

Laserdiode 2 auf ein zu bestimmendes Werkstück 3 gerichtet, um dieses zu erwärmen. Der IR-Temperatursensor 1 misst dabei die Temperatur des Werkstücks.

Um eine Beschädigung des IR-Temperatursensors 1 oder Beeinflussung der Messwerte durch reflektierende Laserstrahlung zu verhindern, sind die Laserdiode 2 und der IR-Temperatursensors 1 über Pulsweitenmodulation o.ä. beschaltet,d.h. Laserdiode 2 und der IR-Temperatursensor 1 sind nie gleichzeitig in Betrieb, sondern immer nur aufeinander folgend. Ist die gewünschte Anfangstemperatur T _A erreicht, die natürlich unter einer Temperatur liegen muss, die das Werkstück 3 in irgendeiner Weise punktuell beschädigt, wird die Laserdiode 2 abgeschaltet und die Temperatur T des Werkstückes 3 nach einer definierten Zeitspanne t vom IR- Temperatursensors 1 wiederholt gemessen.

Ein zumindest einen Teil einer Maschinensteuerung bildender Mikrocontroller oder Mikroprozessor, über den die Messwerte des IR-Temperatursensors 1 erfasst und gespeichert werden und über den der IR-Temperatursensor 1 und die Laserdiode 2 geregelt werden, errechnet dann die Abkühlungskonstante k und über einen Algorithmus, im einfachsten Fall eine Lookup-Tabelle, das Material, aus dem das Werkstück 3 besteht. Die vorstehend beschriebene, berührungslos arbeitende Materialerfassung ist, wie nicht explizit dargestellt, in einem Elektrowerkzeug implementiert, vorrangig in einem solchen, welches verschiedene Materialien bzw. Werkstoffarten bearbeiten kann, wie zum Beispiel einer Bohrmaschine oder einer Kapp-, Kreis- oder Stichsäge.

Im Einsatz wird das Elektrowerkzeug vom Benutzer zunächst in Richtung zum zu bearbeitenden Werkstück 3 hin bewegt. Der beschriebene Temperatursensor 1 zeigt dabei in gleicher Richtung wie das Bearbeitungswerkzeug des Elektrowerkzeugs, z. B. ein Bohrer oder Sägeblatt, ebenso die beschriebene Laserdiode 2. Beide sind entsprechend an oder auf dem Elektrowerkzeug angebracht. Der beschriebene berührungslose Materialsensor bestimmt die Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstückes 3, beispielsweise ob es sich bei dem zu bearbeitenden Werkstück 3 um Metall, Holz oder Stein handelt. Das Elektrowerkzeug konfiguriert sich also vor dem Beginn der Bearbeitung des Werkstückes 3 selbst, d. h. es werden zum Beispiel Vorschub, Drehzahl und Drehmoment des Bearbeitungswerkzeugs des Elektrowerkzeugs den Materialeigenschaften des Werkstücks 3 elektronisch oder durch entsprechende Aktuatoren angepasst.

Abwandlungen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsform sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.