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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schlagschrauber, insbesondere
einen Tangentialschlagschrauber, und ein Steuerungsverfahren für
einen Schlagschrauber.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Ein
Tangentialschlagschrauber stellt periodisch, kurzzeitig ein großes
Anzugsmoment zum Festziehen von Schraubverbindungen oder zum Setzen
von Schraubankern bereit. An einen Handgriff oder eine Halterung
des Tangentialschlagschraubers wird ein kontinuierliches geringeres
Drehmoment abgegeben, welchem der Anwender bzw. ein Ständer entgegenwirken
muss.
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Der
Tangentialschlagschrauber eignet sich Schrauben in vielfältige
Materialien unterschiedlicher Härte einzusetzen, beispielsweise
in Stein, Beton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton. Typischerweise werden
Schrauben soweit eingesetzt, dass der Schraubkopf an einem Untergrund
(Werkstück) aufliegt. Die Schraube darf nun nicht weiter
gedreht werden, da dies zu einer Schädigung der Schraube
oder des Untergrunds führt. Beispielsweise kann der Schraubkopf
abgedreht, durch das Schraubengewinde ein Rundloch in den Untergrund
geschnitten oder durch das Schraubengewinde der Untergrund ausgezäumt
werden.
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Die
EP 1 510 394 B1 beschreibt
ein automatisiertes Abschalten eines Schlagschraubers. Der Schlagschrauber überwacht
das aufgebrachte Anzugsmoment. Überschreitet das Anzugsmoment
einen einzustellenden Schwellwert, wird ein Primärantrieb
des Schlagschraubers abgeschaltet.
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Die
WO 3007/015661 A2 beschreibt
ein automatisiertes Abschalten eines Schlagschraubers, indem ein
Drehwinkel der Schraube für jeden Schlag vermessen wird.
Unterschreitet der Drehwinkel einen Schwellwert gilt die Schraube
als eingedreht und der Schlagschrauber wird abgeschaltet.
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Die
bekannten Verfahren benötigen eine Festlegung eines Schwellwerts,
der entweder fest vorgegeben oder durch einen Handwerker eingestellt werden
soll. In beiden Fällen besteht das Risiko, dass der Schwellwert
für einen Untergrund (Werkstück) unpassend eingestellt
ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe besteht darin einen Schlagschrauber und ein Steuerverfahren
für einen Schlagschrauber bereitzustellen, das eine Schraube
oder einen anderen Schraubkörper in einen Untergrund nur
bis zu einer gewünschten Tiefe eindreht.
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Das
erfindungsgemässe Steuerverfahren für einen Schlagschrauber
verwendet nachfolgende Schritte. Es wird ermittelt, ob der Schlagschrauber schlägt,
wenn sich die Antriebswelle in einem niedrigen Drehzahlbereich dreht.
Die Drehzahl der Antriebswelle wird auf einen höheren Drehzahlbereich in
Abhängigkeit eines ermittelten Schlagens beim Drehen im
niedrigen Drehzahlbereich erhöht.
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Wie
ausgeführt besteht eine Schwierigkeit beim Eindrehen einer
Schraube, dass die Eigenschaften eines Untergrunds nicht bekannt
sind oder beim Einstellen des Schlagschraubers nicht ausreichend
berücksichtigt werden. Das beschriebene Steuerverfahren
ermittelt indirekt die Eigenschaften des Untergrunds und das von
dem Schlagschrauber abgegebene Drehmoment wird auf den Eigenschaften
basierend eingestellt.
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Das
erfindungsgemässe Verfahren bestimmt indirekt über
das Verhalten des Schlagwerks die Eigenschaften des Untergrunds.
Es wurde erkannt, dass das Einsetzen eines Schlagens mit den Eigenschaften
des Untergrunds korreliert werden kann. Ein Schlagen erfolgt nur,
wenn ein Werkstoff des Untergrunds ausreichend hart ist. Der Werkstoff
muss das Werkzeug bzw. das mit Werkzeug gekoppelte Befestigungselement,
z. B. eine Schraube, bei einem niedrigen Drehmoment festhalten können,
damit ein Antrieb des Schlagschraubers Rotationsenergie in einem
Puffer zwischenspeichern kann. Bei Schlagschraubern werden zwei
Schlagkörper gegen eine Federkraft axial zueinander ausgelenkt,
wenn eine Drehung der Schlagkörper aufgrund des Werkstoffes nicht
synchron zu dem Antrieb erfolgen kann. Bei einer ausreichenden Auslenkung
werden die beiden Schlagkörper durch die Federkraft aufeinander
zu beschleunigt. Aufgrund einer Gestaltung der Schlagkörper
und ggf. einer Kulisse wird beim Aufprall wenigstens ein Teil der
kinetischen Energie in ein Drehmoment auf den Untergrund umgesetzt.
Die anfängliche Auslenkung erfolgt nur, wenn der Untergrund der
Federkraft ausreichend entgegenwirken kann.
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Für
eine harten Untergrund kann beispielsweise die volle Leistung bereitgestellt
werden, für einen weichen Untergrund eine geringe Ausgangsleistung
oder ein geringes Ausgangsdrehmoment beibehalten werden. Die Schraube
wird entsprechend dem Untergrund langsamer eingedreht und das Eindrehen
kann bei Kopfauflage ohne wesentliches Nachdrehen beendet werden.
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Der
erfindungsgemässe Schlagschrauber beinhaltet: eine Antriebswelle,
eine Abtriebswelle, ein Schlagwerk, insbesondere ein Tangentialschlagwerk, das
die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zum Übertragen
eines Drehmoments koppelt, eine Auswertungseinrichtung zum Ermitteln,
ob bei das Schlagwerk schlägt, und eine Steuerungseinrichtung zum
Steuern einer Drehzahl der Antriebswelle in Abhängigkeit,
ob ein Schlagen ermittelt ist.
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In
den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen des Schlagwerks
und des Steuerungsverfahrens angegeben.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass unabhängig eine erste Drehzahl
der Antriebswelle des Schlagschraubers und eine zweite Drehzahl
einer Abtriebswelle des Schlagschraubers ermittelt werden und ein
Abweichen der ersten Drehzahl von der zweiten Drehzahl als ein Schlagen
des Schlagschraubers ermittelt wird. Die erste Drehzahl der Antriebswelle kann
gemessen werden oder alternativ aus einer Drehzahl des Primärantriebs
bestimmt werden. Während des Schlagbetriebs wird die Abtriebswelle
nur zweitweise durch die Abtriebswelle, welche sich dauernd drehen
kann, gedreht.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass das Schlagen durch Erfassen einer
Beschleunigung in Schlagrichtung, ein Erfassen von regelmäßigen Schlaggeräuschen
und/oder durch ein berührungsloses Erfassen einer Tangentialbewegung
eines Schlägers des Schlagschraubers bestimmt wird und
ein Bestimmen der unteren Drehzahl ein Erfassen einer ersten Drehzahl
eines Antriebselements und/oder einer zweiten Drehzahl einer Werkzeugaufnahme
des Schlagschraubers beim Einsetzen des Schlagens beinhaltet.
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In
einer Weiterbildung wird beim Auftreten eines Schlagens die Drehzahl
der Antriebswelle auf einen höheren Drehzahlbereich erhöht
und bei einem Ausbleiben eines Schlagens die Drehzahl der Antriebswelle
in dem niedrigen Drehzahlbereich beibehalten. In weichen Werkstoffen,
bei welchen kein Schlagen bei niederer Drehzahl einsetzt, soll zugunsten
eines schnellen Abschaltens, die Drehzahl nicht erhöht
werden. In harten Werkstoffen wird die Drehzahl erhöht,
damit das Schlagwerk ein hohes Drehmoment bereitstellen kann.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der Schlagschrauber in einen Betriebsmodus
für einen weichen Werkstoff geschalten wird, wenn ein Schlagen
im niedrigen Drehzahlbereich ausbleibt, und dass der Schlagschrauber
in einen Betriebsmodus für einen harten Werkstoff geschalten
wird, wenn ein Schlagen im niedrigen Drehzahlbereich ausbleibt. Die
Antriebswelle kann für eine vorbestimmte Dauer in dem niedrigen
Drehzahlbereich gedreht werden und während der vorbestimmten
Dauer der Betriebsmodus festgelegt werden. Die Festlegung der Betriebsmodi
kann somit zu Beginn eines Eindrehens, z. B. einer Schraube, erfolgen.
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Der
Schlagschrauber kann eine handgeführte, eine abgestützte,
handgeführte oder eine von einem Ständer gehalten,
geführte Werkzeugmaschine sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand
von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den
Figuren zeigen:
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1 einen
Schlagschrauber,
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2 ein
Tangentialschlagwerk,
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3 einen
Amboss des Tangentialschlagwerks von 2 und
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4 ein
Flussdiagramm eines Steuerungsverfahrens.
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Gleiche
oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen
in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen von Steuerungsverfahren zum Schrauben
beschrieben, beispielhaft für einen dargestellten Schlagschrauber
mit Tangentialschlagwerk. Die beschriebenen Setzverfahren können
jedoch auch mit anders ausgestalteten Schlagschraubern durchgeführt
werden.
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1 zeigt
schematisch eine Ausgestaltung eines Schlagschraubers 1.
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Eine
Werkzeugaufnahme 2 wird durch eine Abtriebswelle 3 angetrieben.
Ein Primärantrieb 4 treibt eine Antriebswelle 5 an.
Der Primärantrieb 4 kann ein Elektromotor, ein
pneumatischer Antrieb etc. sein. Es kann vorteilhaft sein, zwischen
den Primärantrieb 4 und der Antriebswelle 5 ein
Getriebe 6 zum Reduzieren der Drehzahl der Antriebswelle 5 zwischenzuschalten.
Die Antriebswelle 5 wird im Betrieb permanent um seine
Längsachse 7 in einem Drehsinn 21 gedreht.
Die Drehzahl des Primärantriebs 4 kann durch eine
Motorsteuerung 33 gesteuert werden. Die Motorsteuerung 33 beinhaltet
beispielsweise einen Wechselrichter für einen bürstenlosen
Elektromotor, der als Primärantrieb 4 dient. Die Drehzahl
kann der Anwender über ein Bedienelement 8 einstellen.
In einer besonderen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass
die Untersetzung des Getriebes 6 durch die Motorsteuerung 33 einstellbar
ist.
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Ein
Schlagwerk 10 koppelt die Antriebswelle 5 mit
der Abtriebswelle 3. Nach noch zu unterscheidenden Situationen
kann die Antriebswelle 5 ihr Drehmoment kontinuierlich
auf die Abtriebswelle 3 übertragen oder ein Drehmoment
der Antriebswelle 5 dient zum Aufziehen eines Puffers,
der in periodischen Schlägen ein höheres Drehmoment
auf die Abtriebswelle 3 überträgt.
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In 2 ist
im Längsschnitt ein beispielhaftes Schlagwerk 10 dargestellt.
Das Schlagwerk 10 beinhaltet einen Amboss 11,
einen Läufer 12, eine Kulisse 13 und
eine Rückstellfeder 14. In dem Schlagwerk 10 ist
die Abtriebswelle 3 drehbar zu der Antriebswelle 5 gelagert.
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Der
Amboss 11 ist mit der Abtriebswelle 3 drehfest
verbunden, derart dass ein auf den Amboss 11 übertragener
Drehimpuls auf die Abtriebswelle 3 einwirkt. Der Amboss 11 weist
einen oder mehrere Vorsprünge 15 auf. 3 zeigt
eine Draufsicht auf den Amboss 11 aus der Sicht der Antriebswelle 5.
Die Vorsprünge 15 können Anschlagflächen 16 aufweisen,
die parallel oder geneigt zur Längsachse 7 orientiert
sind.
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Der
Läufer 12 ist ringförmig und auf die
Antriebswelle 5 aufgeschoben. Der Läufer 12 kann
sich, geführt durch die Antriebswelle 5, entlang
der Längsachse 7 bewegen.
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Die
Kulisse 13 ist an der Oberfläche der Antriebswelle 5 ausgebildet.
Die Kulisse 13 windet sich spiralförmig, wobei
die Windung im Drehsinn 21 des Antriebs zu dem Amboss 11 hin
steigt. Der Läufer 12 greift in die Kulisse 13 ein.
Sobald der Läufer 12 sich entlang der Längsachse 7 in
Richtung 22 zu dem Amboss 11 bewegt, wird der
Läufer 12 in eine Drehbewegung 23 relativ
zu der Antriebswelle 5 gezwungen. Gleichermaßen
wird der Läufer 12 zu einer Bewegung längs
der Längsachse 7 gezwungen, wenn sich der Läufer 12 relativ
zu der Antriebswelle 5 dreht.
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Am
Umfang des Läufers 12 ist wenigstens ein Hammer 18 angeordnet.
Der Hammer 18 weist eine seitliche Anschlagsfläche 19 auf,
die formschlüssig oder wenigstens teilweise formschlüssig
zu den Anschlagsflächen 16 des Amboss 11 ausgebildet
ist. Der Läufer 12 und der Amboss 11 können gleich
einer Klauenkupplung oder einer Rutschkupplung über die
Vorsprünge 15 und die Hämmer 18 ineinandergreifen.
Während des Eingriffs kann der Läufer 12 seinen
Drehimpuls oder sein Drehmoment auf den Amboss 11 übertragen
und diesen antreiben.
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Die
Rückstellfeder 14 übt auf den Läufer 12 eine
Kraft in Richtung 22 zu dem Amboss 11 aus. In einer
Ausgangsstellung des Schlagschraubers 1 der Läufer 12 daher
in Eingriff mit dem Amboss 11.
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Die
permanente Rotation der Antriebswelle 5 wird über
die Kulisse 13 auf den Läufer 12 übertragen.
Sofern der Läufer 12 sich mit gleicher Drehzahl drehen
kann, also keine relative Drehung zu der Antriebswelle 5 ausführt,
verharrt er in der Ausgangsstellung und ist zu keiner Bewegung längs
der Antriebswelle 5 gezwungen. Damit der Läufer 12 der Drehung
jedoch folgen kann, muss der Läufer 12 den Amboss 11 unter
Anderem gegen ein vom Untergrund aufgebrachtes Drehmoment ebenfalls
drehen können. Das von dem Untergrund aufgebrachte Drehmoment
darf dabei einen Schwellwert nicht überschreiten. Der Schwellwert
für das Drehmoment ist im Wesentlichen eine Funktion der
Federkraft der Rückstellfeder 14, gegen die der
Läufer 12 ausgelenkt werden müsste, der
Steigung der Kulisse 13 und ggf. der Neigung der Anschlagflächen 16, 19. Diese
Größen sind durch die Auslegung des Schlagwerks 10 vorgegeben.
Der Schwellwert kann beispielsweise im Bereich von 1 Nm bis 5 Nm
oder 2 Nm bis 3 Nm liegen.
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Sofern
der Untergrund ein größeres Drehmoment aufbringen
kann, schlägt das Schlagwerk 10. Im nachfolgenden
wird ein Schlagzyklus des Schlagschrauber 1 beginnend mit
der Ausgangsstellung beschrieben. Der Läufer 12 ist
im Eingriff mit dem Amboss 11. Der Läufer 12 ist
durch den Amboss 11 gehindert, sich synchron mit der Antriebswelle 5 zu
drehen. Die Kulisse 13 zwingt den Läufer 12 nun zu
einer Bewegung entlang der Längsachse 7 aus dem
Eingriff mit dem Amboss 11. Wenn der Läufer 12 nicht
mehr im Eingriff ist, kann sich der Läufer 12 relativ
zu dem Amboss 11 und mit der Antriebswelle 5 mitdrehen.
Der Amboss 11 und der Hammer 12 kommen dabei wieder
in eine relative Stellung, bei der sie wieder ineinandergreifen
können. Die Rückstellfeder 14 treibt
den Läufer 12 zu dem Amboss 11 zurück. Hierbei
wird der Läufer 12 in Richtung der Längsachse 7 beschleunigt.
Die Kulisse 13 zwingt dabei den Läufer 12 in
eine Drehbewegung 23, wodurch der Läufer 12 einen
Drehimpuls erhält. Die Drehbewegung 23 wird durch
den seitlichen Anschlag der Hämmer 18 des Läufers 12 an
den Vorsprüngen 15 des Amboss 11 gestoppt.
Der Drehimpuls des Läufers 12 wird auf den Amboss 11 übertragen.
Das System befindet sich wieder in der Ausgangsstellung und ein neuer
Schlagzyklus beginnt.
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Während
eines Schlagzyklus drehen sich der Amboss 11 und die Abtriebswelle 3 um
einen kleineren Winkel als der Läufer 12 und die
Antriebswelle 5. Der Läufer 12, getrieben
durch die Antriebswelle 5, dreht sich entlang der Kulisse 13 und
der Amboss 11 bleibt stehen. Bei einem Schlagen des Schlagwerks 10 unterscheidet
sich daher eine Drehzahl der Antriebswelle 5 von einer
Drehzahl der Abtriebswelle 3. Die Drehzahl der Antriebswelle 5 kann
um mehr als das Zweifache größer als die Drehzahl
der Abtriebswelle 3 sein. Bleiben der Amboss 11 und
der Läufer 12 beim nichtschlagenden Betrieb im
Eingriff sind die Antriebswelle 5 und Abtriebswelle 3 starr
gekoppelt. Ihre jeweiligen Drehzahlen sind gleich. Ein Schlagzyklus
kann von einem nicht schlagenden Betrieb anhand der bei ihm auftretenden
unterschiedlichen Drehzahlen diskriminiert werden.
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Für
ein Erfassen eines Schlagens sind eine Auswertungseinrichtung 30 und
Einrichtungen 31, 32 zum Bestimmen der Drehzahlen
der Abtriebswelle 3 und der Antriebswelle 5 vorgesehen.
Die Auswertungseinrichtung 30 vergleicht die bestimmten
Drehzahlen der Abtriebswelle 3 und der Antriebswelle 5. Unterscheiden
sich die beiden Drehzahlen, typischerweise um einen Faktor größer
als zwei, erkennt die Auswertungseinrichtung 30 dies als
einen schlagenden Betrieb andernfalls als einen nicht-schlagenden
Betrieb.
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Die
Drehzahl der Abtriebswelle 3 wird durch einen Drehzahlsensor 31 bestimmt.
Der Drehzahlsensor 31 kann die Drehzahl beispielsweise
optisch oder magnetisch erfassen. Ein optischer Drehzahlsensor kann
Markierungen auf der Abtriebswelle 3 in Reflektion oder über
eine Lichtschranke erfassen. Die Markierungen können durch
Vorsprünge, Vertiefungen, Bohrungen, Farbe etc. gebildet
sein. Die Abtriebswelle 3 kann einen nicht-kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, z. B. eine elliptischen, quadratischen oder mit Zähnen
besetzten Querschnitt. Ein magnetischer Drehzahlsensor erfasst einen
sich periodisch ändernden magnetischen Fluss aufgrund der
rotierenden Abtriebswelle 3.
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Die
Drehzahl der Antriebswelle 5 kann ebenfalls über
einen Drehzahlsensor 32 bestimmt werden. Alternativ kommuniziert
die Auswertungseinrichtung 30 mit einer Motorsteuerung 33,
um die aktuelle Drehzahl des Primärantriebs 4 abzufragen
oder zu empfangen. Die Drehzahl der Antriebswelle 5 kann die
Auswertungseinrichtung 30 aus der abgefragten Drehzahl
des Primärantriebs 4 und, falls vorhanden, der
Untersetzung des Getriebes 7 bestimmen.
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Ein
beispielhaftes Steuerverfahren für den Schlagschrauber 1 wird
anhand des Flussdiagrams in 4 erläutert.
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Ein
Anwender betätigt den Systemschalter 9 des Schlagschraubers 1,
um eine Schraube einzudrehen. Ein Sensor erfasst die Betätigung
des Systemschalters 9. Eine Steuerungseinrichtung 40 des Schlagschraubers 1 wird
aktiviert. In einer ersten Phase S1 weist die Steuerungseinrichtung 40 die Motorsteuerung 33 an,
eine Drehzahl N der Antriebswelle 5 auf eine niedere Drehzahl
N1 innerhalb eines niederen Drehzahlbereichs zu beschleunigen.
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Der
niedere Drehzahlbereich kann im Bereich von 10% bis 50%, z. B. minimal
20%, maximal 40%, der nominell höchsten Drehzahl Nmax der
Antriebswelle 5 liegen. Die niedere Drehzahl N1 kann fest
vorgegeben sein. Alternativ kann ein Bedienelement 8 vorgesehen
sein, das dem Anwender ermöglicht die niedere Drehzahl
N1 einzustellen, z. B. in dem Bereich von 10% bis 50% der nominell
höchsten Drehzahl Nmax der Antriebswelle 5.
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In
einer zweiten Phase S2 wird die niedere Drehzahl N1 der Antriebswelle 5 für
eine vorgegebene Zeitspanne T1 beibehalten. Eine Schraube oder ein
Anker wird während der Zeitspanne T1 mit niederer Drehzahl
N1 eingedreht. Die Zeitspanne T1 kann in Sekunden gemessen werden,
oder indirekt über eine Anzahl von Drehungen des Ambosses 11 oder eine
Einschraubtiefe festgelegt werden.
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Während
oder anschließend zur zweiten Phase S2 wird überprüft,
ob das Schlagwerk 10 schlägt oder ob es nicht
schlägt (S3). Hierzu kann die niedere Drehzahl N1 der Antriebswelle 5 mit
einer Drehzahl M der Abtriebswelle 3 verglichen werden. Die
Drehzahl M kann während oder anschließend zur zweiten
Phase S2 bestimmt werden. Unterscheiden sich die beiden Drehzahlen,
liegt ein schlagender Betrieb vor. Die Auswertung der Drehzahlen
und das Prüfen, ob ein schlagender oder nicht-schlagender Betrieb
vorliegt, kann von der Auswertungseinrichtung 30 durchgeführt
werden. Alternativ kann das Vorliegens eines Schlagens anhand von
Schlaggeräuschen, für das Schlagen typischen Beschleunigungswerten,
etc. ermittelt werden.
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Die
zweite Phase S2 kann auch vor Ablauf der Zeitspanne T1 beendet werden,
wenn bereits ein Schlagen erfasst wird. Die Auswertungseinrichtung 30 kann
ein entsprechendes Triggersignal an die Steuerungseinrichtung 40 zum
Beenden der zweiten Phase S2 übermitteln.
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Wird
während der zweiten Phase S2 ein Schlagen erfasst, weist
die Auswertungseinrichtung 30 die Steuerungseinrichtung 40 an,
das Schlagwerk 10 über den Primärantrieb 4 gemäß einem
Ablauf für einen harten Untergrund (S4) anzusteuern. Andernfalls
soll die Steuerungseinrichtung das Schlagwerk 10 gemäß einem
Ablauf für einen weichen Untergrund (S5) ansteuern. Die
beiden Abläufe S4, S5 werden nachfolgend dargestellt.
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Der
Ablauf für einen weichen Werkstoff S5 sieht zunächst
in einer dritten Phase S6 vor, die Drehzahl N der Antriebswelle 5 auf
der niederen Drehzahl N1 zu belassen. Die beispielhafte Schraube
wird somit nur eingedreht.
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In
einer Ausgestaltung überwacht die Auswertungseinrichtung 30,
ob während der dritten Phase S6 ein Schlagen einsetzt (S7).
Ein Untergrund kann beispielsweise aufgrund einer tiefer eingedrehten
Schraube oder aufgrund härterer Schichten unterhalb der
Oberfläche ein höheres Drehmoment auf den Amboss 11 ausüben.
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Falls
ein Schlagen erfasst wird, weist die Auswertungseinrichtung 30 die
Steuerungseinrichtung 40 an, in einer vierten Phase S8
die Drehzahl auf eine mittlere Drehzahl N2 im mittleren Drehzahlbereich
zu erhöhen. Der mittlere Drehzahlbereich kann beispielsweise
zwischen 35% bis 75% der nominellen höchsten Drehzahl Nmax
liegen, z. B. minimal 50%, maximal 60%. Die niedrige Drehzahl N1 kann
sich von der mittleren Drehzahl N2 um einen Faktor von 2 bis 10,
z. B. 2 bis 3 unterscheiden.
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In
der vierten Phase S8 kann weiterhin die Auswertungseinrichtung 30 das
Schlagverhalten überwachen. Sobald ein Aussetzen des Schlagens detektiert
wird, kann die Auswertungseinrichtung 30 die Steuerungseinrichtung 40 anweisen,
das Schlagwerk wieder gemäss der dritten Phase S6 anzusteuern.
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Ein
Abschalten des Primärantriebs 4 erfolgt aus der
dritten Phase S6 und der vierten Phase S8, wenn die Schraube als
eingedreht detektiert wird. Dies kann durch vielfältige
Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann die Drehzahl N der Antriebswelle 5 oder
die Drehzahl der M der Abtriebswelle 3 überwacht
werden. Bei der Überwachung wird eine erwartete Drehzahl
Navg oder Mavg ermittelt, diese kann beispielsweise als ein Mittelwert
in einem vergegangen Intervall aufgetretender Drehzahlen sein. Sobald die
Schraube eingedreht ist und der Kopf anliegt, erhöht sich
schlagartig das aufzubringende Drehmoment. In Folge bricht die Drehzahl
N oder M ein. Bei einer Detektion eines solchen Abfalls von etwa
20% bis 50% zu der aktuellen Drehzahl N oder M bezüglich
der erwarteten Drehzahl Navg bzw. Mavg wird der Primärantrieb 4 deaktiviert.
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Der
Ablauf für einen harten Werkstoff S4 sieht eine fünfte
Phase S9 vor. Die Drehzahl der Antriebswelle 5 wird auf
eine hohe Drehzahl N3 in einem hohen Drehzahlbereich beschleunigt.
Der hohe Drehzahlbereich liegt zwischen 50% und 100% der nominellen
höchsten Drehzahl Nmax, z. B. minimal 75%. Die Steuerungseinrichtung 40 steuert
das Schlagwerk 10 so an, dass es ein maximales Drehmoment
abgibt.
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In
einer Ausgestaltung überwacht die Auswertungseinrichtung 30 weiterhin,
ob das Schlagen anhält (S10). Falls das Schlagen aussetzt,
wechselt die Steuerungseinrichtung 40 auf die zweite Phase S2.
Bei der niedrigen Drehzahl N1 kann nochmals geprüft werden,
ob die Schraube in ein weiches Material vorgedrungen ist.
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Ein
Abschalten aus der vierten Phase S9 kann in Abhängigkeit
der Entwicklung der Drehzahl M der Abtriebswelle 3 erfolgen.
Die Drehzahl der Abtriebswelle 3 ist ein Mass für
das Drehmoment, das zum Drehen der Schraube aufgebracht werden muss.
Je höher das notwendige Drehmoment ist, um einen umso kleineren
Winkel kann die Abtriebswelle 3 mit jedem Schlag gedreht
werden. Ändert sich die Drehzahl M schneller als eine vorgegebene Änderungsrate
und/oder ändert sich die Drehzahl schneller als eine mittlere
erfasste Änderungsrate Mavg, wird der Primärantrieb 4 gestoppt.
Es wird angenommen, dass die Änderung auf eine Auflage
des Schraubenkopfes auf dem Untergrund bewirkt wird. Die Änderungsrate
beschreibt die Änderung der Drehzahl über die
Zeit. Diese kann aufgezeichnet und ihr mittlerer Wert bestimmt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine sechste Phase S11 vorgesehen,
in die gewechselt wird, falls die Drehzahl M der Abtriebswelle 3 einen unteren
Schwellwert Mmin unterschreitet. Die sechsten Phase S11 ist für
den Fall vorgesehen, dass der Schlagschrauber 1 an seiner
Belastungsgrenze betrieben wird. Die Drehzahl wird auf höchstmögliche Drehzahl
Nmax, N4 erhöht. Die sechste Phase S11 unterscheidet sich
ferner von der fünften Phase S9 durch das Abschaltverhalten.
Anstelle eines Vergleichs des vorangegangenen Verhaltens der Drehzahl
Mavg oder Navg, wird der Primärantrieb 4 abgeschaltet,
sobald die Drehzahl M der Abtriebswelle 3 einen zweiten
unteren Schwellwert unterschreitet. Alternativ kann der Primärantrieb 4 abgeschaltet
werden, wenn der untere Schwellwert Mmin für eine vorgegebene
Zeitspanne unterschritten bleibt, nachdem die Drehzahl auf Nmax
erhöht wurde.
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In 4 sind,
um das Ablaufdiagramm übersichtlich zu halten, die Stopbedingungen
für ein Abschalten des Primärantriebs nicht dargestellt.
Diese können in einer Ausgestaltung allen anderen Funktionen
vorranging überprüft werden, um ein schnelles abschalten
zu gewährleisten.
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Eine
Weiterbildung sieht eine Boostfunktion vor. Nachdem Abschalten des
Primärantriebs 4 wird die Stellung des Betriebsschalters 9 überwacht.
Falls der Betriebsschalter 9 für eine vorgegebene
Zeitspanne gedrückt gehalten bleibt, wird der Primärantrieb 4 gemäss
der ersten Phase S1 wieder aktiviert. Die Steuerungseinrichtung 40 beginnt
von neuem mit dem Ablauf nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht eine Fehlerdetektion vor. Falls eine
Schraube überdreht wird, sinkt das Drehmoment, das die
Schraube der Antriebswelle 3 entgegenbringt. Die Drehzahl
der Antriebswelle 3 erhöht sich, zumindest im
schlagenden Betrieb. Die Auswertungseinrichtung 30 kann
die Drehzahl überwachen und bei einem Anstieg der Drehzahl
der Antriebswelle 3 eine Warnmeldung ausgeben. Die Warnmeldung
kann an ein Anzeigenelement 41 zur Visualisierung an einen
Anwender übermittelt werden. Das Anzeigenelement kann optisch oder
akustisch eine Warnung ausgeben.
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In
den vorhergehenden Ausführungsformen wurde zum Bestimmen,
ob ein schlagender Betrieb oder nicht-schlagender Betrieb vorliegt,
auf die Auswertung der Drehzahlen Von Abtriebs- und Antriebswelle 3, 5 verwiesen.
Alternativ oder zusätzlich können Schlaggeräusche,
Beschleunigungen in axialer Richtung und eine axiale Bewegung des
Läufers 12 erfasst zur Auswertung herangezogen
werden. Hierzu kann ein entsprechender Sensor 50 vorgesehen sein.
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Die
Drehzahlsensoren 31, 32 können analog oder
digital die Drehzahlen erfassen. Auch die Auswertungseinrichtung 30 kann
eine analoge Vergleichsstufe zum Vergleichen der Drehzahlen von Antriebswelle 5 und
Abtriebswelle 3 beinhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1510394 [0004]
- - WO 3007/015661 A2 [0005]