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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 37 07 052 ist
bereits ein Bohrhammer mit einer Schaltkupplung und einer Sensoreinheit
bekannt, die einen Sensor zur Erfassung einer Bewegungsgröße
aufweist. Die Sensoreinheit ist dazu vorgesehen, zum Schutz eines
Bedieners, und zwar zur Vermeidung eines unbeherrschten Blockierfalls,
eine Betätigung der Schaltkupplung von einer Überschreitung
der Bewegungsgröße durch den Bohrhammer abhängig
zu machen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer
Handwerkzeugmaschine, mit einer Sensoreinheit, die zumindest einen Sensor
aufweist, und mit einer Antriebseinheit.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugmaschine eine Kleinstörungserkennungsvorrichtung aufweist,
die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Signal des zumindest einen
Sensors mit zumindest einem hinterlegten Referenzsignal zu vergleichen,
um eine Entscheidung über ein Vorliegen einer Kleinstörung
zu treffen. Unter einer „Kleinstörungserkennungsvorrichtung” soll
insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen
ist, zumindest eine Kleinstörung zu erkennen, wobei unter
einer Kleinstörung in diesem Zusammenhang insbesondere
eine Betriebssituation einer Werkzeugmaschine verstanden werden
soll, die zwar einen Betrieb der Werkzeugmaschine gestattet, jedoch
ein potentielles Risiko eines Betriebs der Werkzeugmaschine außerhalb
spezifizierter Bedingungen und/oder insbesondere einer Verletzung
des Bedieners und/oder eines erhöhten Verschleißes
von Teilen der Werkzeugmaschine beinhaltet und/oder zur Erzielung
eines vom Bediener gewünschten Bearbeitungsergebnisses
korrigiert werden muss. Beispiele für Kleinstörungen
sind falsch eingespannte oder verformte Werkzeuge und daraus resultierende
Unwuchten oder stumpfe Werkzeuge und daraus resultierende, im Vergleich
zu scharfen Werkzeugen erhöhte Lagerkräfte. Insbesondere
soll in diesem Zusammenhang ein bekannter unbeherrschter Blockierfall,
bei dem während des Betriebs der Werkzeugmaschine eine
Bewegung eines Werkzeugs von einem Werkstück blockiert
wird, von einer Aufzählung möglicher Kleinstörungen
ausgeschlossen sein. Die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
kann jedoch auch neben einer Erkennung der wenigstens einen Kleinstörung
auch dazu vorgesehen sein, den unbeherrschten Blockierfall zu erkennen
und/oder zu verhindern. Durch die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
kann eine für den Bediener potentiell gefährliche
Betriebssituation und Betriebsituationen mit erhöhtem Verschleiß von
Teilen der Werkzeugmaschine klar erkannt und ein vom Bediener gewünschtes Bearbeitungsergebnis
mit größerer Zuverlässigkeit erzielt
werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
bei Vorliegen einer Kleinstörung ein Signal bereitstellt,
das dazu vorgesehen ist, auf die Antriebseinheit einzuwirken. Dadurch
können für den Bediener potentiell gefährliche Betriebssituationen,
Betriebsituationen mit erhöhtem Verschleiß von
Teilen der Werkzeugmaschine, ein Betrieb außerhalb spezifizierter
Bedingungen und ein Verfehlen eines vom Bediener gewünschten
Bearbeitungsergebnisses sicher vermieden werden. Vorzugsweise kann
das bereitgestellte Signal derart auf eine Antriebssteuereinheit
der Antriebseinheit wirken, dass eine Begrenzung einer maximalen
Drehzahl und/oder einer Leistung der Werkzeugmaschine eintritt oder
dass ein Betrieb der Werkzeugmaschine völlig verhindert
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Sensor
als Schallwandler ausgebildet. Unter einem „Schallwandler” soll
in diesem Zusammenhang insbesondere ein Mittel verstanden werden,
das Schallwellen, die aus der Luft auf den Schallwandler auftreffen
und/oder sich durch Festkörper ausbreitenden und auf den
Schallwandler treffenden Körperschall in elektrische Signale,
vorzugsweise elektrische Spannungen, umwandelt. Insbesondere gehören
Mikrophone und Tonabnehmer zu den bevorzugten Schallwandlern. Durch
die Ausbildung des Sensors als Schallwandler können Kleinstörungen,
die mit Geräuschen oder Vibrationen der Werkzeugmaschine
einhergehen, die von einem Normalbetriebsfall abweichen, vorteilhaft
sicher erkannt werden.
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Mit
besonderem Vorteil umfasst die Werkzeugmaschine zumindest einen
zweiten Sensor, der dazu vorgesehen ist, eine gegenüber
dem ersten Sensor unterschiedliche physikalische Größe
zu sensieren. Dadurch kann eine besonders spezifische Lösung
zur Erkennung einer Kleinstörung bereitgestellt werden.
Vorzugsweise kann der zumindest zweite Sensor als Beschleunigungs-,
Kraft-, Strom- oder Spannungssensor ausgebildet sein. Vorteilhaft
ist zumindest einer der zumindest zwei Sensoren dazu vorgesehen,
eine mechanische Beschleunigung zu erfassen, wodurch ein wesentlicher
Teil potentieller Kleinstörungen sicher erkannt werden
kann.
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Wenn
die Kleinstörungserkennungsvorrichtung dazu vorgesehen
ist, eine Entscheidung über ein Vorliegen einer Kleinstörung
aufgrund einer Kombination von Signalen der zumindest zwei Sensoren zu
treffen, kann eine besonders sichere und spezifische Erkennung erzielt
und durch eine Verknüpfung gleichzeitig zu erfüllender
Bedingungen bei einem Vergleich mit hinterlegten Referenzsignalen
eine Falscherkennung vermieden werden.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
eine Auswerteeinheit umfasst, die mit zumindest einem Mittel zu
einer Konversion eines zeitabhängigen Signals des zumindest
einen Sensors in eine frequenzabhängige Darstellung ausgestattet
ist. Durch einen Vergleich von Frequenzkomponenten eines Sensorsignals
mit hinterlegten Referenzsignalen eines Normalbetriebs und typischer
Kleinstörungen sind diese schnell und sicher unterscheidbar
und Kleinstörungen lassen sich sicher erkennen. Mit besonderem
Vorteil ist die Auswerteeinheit dazu vorgesehen, das zeitabhängige
Signal des zumindest einen Sensors in einer frequenzabhängigen
Darstellung auszuwerten, um eine Entscheidung über ein
Vorliegen einer Kleinstörung zu treffen, wodurch eine schnelle
und zuverlässige Entscheidung ermöglicht wird.
Vorteilhaft kann die Auswerteeinheit eine Analog/Digital-Wandlereinheit und
ein FFT(Fast Fourier Transformation)-Modul zur Berechnung eines
Frequenzspektrums aus den zeitabhängigen Sensorsignalen
mit bekannter Filterung und Fensterfunktionsgewichtung zur Vermeidung von
messtechnischen Artefakten umfassen.
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Vorteilhaft
umfasst die Kleinstörungserkennungsvorrichtung eine Speichereinheit,
in der für zumindest eine Betriebssituation der Handwerksmaschine
zumindest ein Referenzsignal hinterlegt ist. Dadurch kann ein besonders
schneller Vergleich zwischen Sensorsignal und Referenzsignal erfolgen
und eine schnelle Entscheidung über ein Vorliegen einer Kleinstörung
getroffen werden. Vorzugsweise ist die Speichereinheit innerhalb
der Auswerteeinheit hinterlegt, wodurch ein besonders schneller
Vergleich ermöglicht werden kann. Vorteilhaft können
in der Speichereinheit für mehrere bekannte und typische
Kleinstörungssituationen entsprechende Referenzsignale, insbesondere
auch in einer frequenzabhängigen Darstellung, hinterlegt
sein.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
eine Anzeigeeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, dem Bediener
ein Vorhandensein einer Kleinstörung anzuzeigen. Vorteilhaft
kann der Bediener dadurch darauf aufmerksam gemacht werden, dass
ein potentielles Risiko eines Betriebs der Werkzeugmaschine außerhalb
spezifizierter Bedingungen und/oder einer Verletzung des Bedieners
und/oder eines erhöhten Verschleißes von Teilen
der Werkzeugmaschine vorliegt und/oder zur Erzielung eines gewünschten
Bearbeitungsergebnisses eine Betriebssituation korrigiert werden muss.
Vorteilhaft kann aufgrund einer Erkennung eines Typs von Kleinstörung
ein entsprechender Hinweis für den Bediener in der Anzeigeeinheit
angezeigt werden.
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In
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kleinstörungserkennungsvorrichtung
eine Aktoreinheit, die dazu vorgesehen ist, bei einem Vorliegen
einer Kleinstörung direkt auf eine Antriebseinheit der
Werkzeugmaschine einzuwirken, wodurch vorteilhaft auf eine indirekte
Wirkung der Kleinstörungserkennungsvorrichtung über
die Antriebssteuereinheit auf die Antriebseinheit verzichtet und
eine schnellere Wirkung auf die Antriebseinheit erzielt werden kann.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschema einer von einer Handkreissäge gebildeten Werkzeugmaschine
mit einer Kleinstörungserkennungsvorrichtung und
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2 eine
weitere Ausgestaltung eines Blockschemas einer von einem Akku-Schrauber
gebildeten Werkzeugmaschine mit einer Kleinstörungserkennungsvorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 und 2 sind alternative Ausführungsbeispiele
dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale
und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.
Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind jedoch
den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele die Buchstaben
a und b hinzugefügt, wobei bezüglich gleich bleibender
Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels
in der 1 verwiesen werden kann.
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In 1 ist
ein Blockschema einer als Handkreissäge ausgebildeten Werkzeugmaschine 10a dargestellt,
die eine Sensoreinheit 12a mit einem Sensor 14a und
eine Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16a aufweist.
Der Sensor 14a ist dazu vorgesehen, eine mechanische Beschleunigung
der Werkzeugmaschine 10a zu erfassen. Die Sensoreinheit 12a ist
mit einer Antriebseinheit 18a der Werkzeugmaschine 10a verbunden
und dazu vorgesehen, im Fall einer durch den Sensor 14a erfassten Überschreitung
eines Schwellwerts der Beschleunigung auf die Antriebseinheit 18a einzuwirken
und eine Leistungszufuhr zur Antriebseinheit 18a zu unterbrechen.
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Die
Werkzeugmaschine 10a ist mit zwei weiteren Sensoren 20a, 22a ausgestattet,
die dazu vorgesehen sind, gegenüber dem ersten Sensor 14a unterschiedliche
physikalische Größen zu sensieren. Einer der zwei
weiteren Sensoren 20a, 22a ist als ein als Mikrophon
ausgebildeter Schallwandler, der andere der zwei weiteren Sensoren 20a, 22a ist
als Kraftsensor ausgebildet und dazu vorgesehen, ein Drehmoment
innerhalb der Antriebseinheit 18a zu erfassen.
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Die
Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16a umfasst
eine Auswerteeinheit 24a und eine Speichereinheit 26a.
Die Auswerteeinheit 24a ist mit mehreren von FFT-Modulen 28a, 30a gebildeten
Mitteln zu einer Konversion eines von einer Zeit t abhängigen
Signals des als Schallwandler ausgebildeten Sensors 20a in
eine frequenzabhängige Darstellung und zu einer Konversion
eines von der Zeit t abhängigen Signals des als Kraftsensor
ausgebildeten Sensors 22a in eine frequenzabhängige
Darstellung ausgestattet, so dass die Signale der Sensoren 20a, 22a in
der Auswerteeinheit 24a sowohl in einer zeit- als auch
in einer frequenzabhängigen Darstellung verfügbar
sind. Die FFT-Module 28a, 30a weisen jeweils bekannte,
nicht näher dargestellte Analog/Digital-Wandlereinheiten,
Filtereinheiten und Fensterfunktionsgewichtungseinheiten zur Vermeidung
von messtechnischen Artefakten auf und sind dazu vorgesehen, in
einem periodischen Abstand von 50 Millisekunden aus als Ringspeicher
mit 1024 Signalwerten ausgebildeten Datensätzen Frequenzspektren 34a zu
erstellen. In der Speichereinheit 26a sind Referenzsignale 36a in
zeit- und frequenzabhängiger Darstellung hinterlegt, die
typische Betriebssituationen der Werkzeugmaschine 10a und
typische Kleinstörungssituationen charakterisieren. Beispielsweise beschreibt
eines der Referenzsignale 36a ein Geräuschspektrum
eines stumpfen Kreissägenblattes. Die Kleinstörungsvorrichtung 16a weist
außerdem eine Aktoreinheit 38a auf, die dazu vorgesehen
ist, bei einem Vorliegen einer Kleinstörung direkt auf
die Antriebseinheit 18a der Werkzeugmaschine 10a einzuwirken.
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Die
Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16a ist dazu
vorgesehen, die Signale des als Schallwandler ausgebildeten Sensors 20a und
des als Kraftsensor ausgebildeten Sensors 22a mit den hinterlegten
Referenzsignalen 36a zu vergleichen, um eine Entscheidung über
ein Vorliegen einer Kleinstörung zu treffen. Dies erfolgt
fortwährend nach einer ausgeführten Inbetriebnahme
der Werkzeugmaschine 10a in einem periodischen Zeitabstand
von 50 Millisekunden. Die Auswerteeinheit 24a ist daher
dazu vorgesehen, das zeitabhängige Signal des als Schallwandler
ausgebildeten Sensors 20a und des als Kraftsensor ausgebildeten
Sensors 22a in einer frequenzabhängigen Darstellung
auszuwerten, um eine Entscheidung über ein Vorliegen einer
Kleinstörung zu treffen und vergleicht dazu ein von dem
als Schallwandler ausgebildeten Sensor 20a bei einem Betrieb
der Handkreissäge erfasstes Frequenzspektrum 34a mit
dem Referenzsignal 36a des stumpfen Kreissägenblattes.
Eine Kleinstörung liegt vor, wenn das Frequenzspektrum 34a des
als Schallwandler ausgebildeten Sensors 20a innerhalb vorgegebener und
in der Auswerteeinheit 24a hinterlegter Toleranzen mit
dem Referenzsignal 36a übereinstimmt. Die Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16a umfasst eine
Anzeigeeinheit 40a, die dazu vorgesehen ist, einem Bediener
ein Vorhandensein der Kleinstörung „Sägeblatt
stumpf” anzuzeigen.
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Ein
weiteres Beispiel einer Kleinstörung liegt vor, wenn das
Kreissägenblatt in einem bearbeiteten Werkstück
festzustecken droht. Die Auswerteeinheit 24a ist dazu vorgesehen,
eine Entscheidung über ein Vorliegen einer Kleinstörung
aufgrund einer Kombination von Signalen der als Schallwandler und
als Kraftsensor ausgebildeten Sensoren 20a, 22a zu treffen.
Da der als Kraftsensor ausgebildete Sensor 22a in einer
Zeitdarstellung 46a ein Vorliegen eines Drehmoments in
der Antriebseinheit 18a anzeigt und ein von einem FFT-Modul 30a der
Auswerteeinheit 24a konvertiertes Frequenzspektrum 34a des
als Schallwandler ausgebildeten Sensors 20a geringere Amplituden
A aufweist, als in einem normalen Betriebsfall unter Berücksichtigung
von in der Auswerteinheit 24a hinterlegten Toleranzen zu
erwarten wäre, ist die Auswerteeinheit 24a dazu
vorgesehen, durch einen Vergleich mit in der Speichereinheit 26a hinterlegten
Signalen zu entscheiden, dass eine Kleinstörung vorliegt.
Die Auswerteeinheit 24a ist dazu vorgesehen, in diesem
Fall ein Signal 44a an die Aktoreinheit 38a bereitzustellen,
die dazu vorgesehen ist, mit einem weiteren Signal 42a auf
die Antriebseinheit 18a einzuwirken und eine Leistungszufuhr
zur Antriebseinheit 18a zu vermindern. Die Anzeigeeinheit 40a ist
dazu vorgesehen, dem Bediener das Vorliegen der Kleinstörung „Sägeblatt
droht festzustecken” anzuzeigen und mit einem akustischen Signal
auf eine notwendige Korrektur der Kleinstörungssituation
hinzuweisen.
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2 zeigt
ein Blockschema einer als Akku-Schrauber ausgebildeten Werkzeugmaschine 10b,
die eine Sensoreinheit 12b mit einem Sensor 14b und
eine Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16b aufweist.
Der Sensor 14b ist als Stromsensor ausgebildet und dazu
vorgesehen, einen elektrischen Strom in einer Antriebseinheit 18b der
Werkzeugmaschine 10b zu erfassen.
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Die
Werkzeugmaschine 10b ist mit einem weiteren Sensor 20b ausgestattet,
der dazu vorgesehen ist, gegenüber dem ersten Sensor 14b eine
unterschiedliche physikalische Größe zu sensieren.
Der zusätzliche Sensor 20b ist von einem als ein
Mikrophon ausgebildetem Schallwandler gebildet.
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Die
Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16b umfasst
eine Auswerteeinheit 24b und eine Speichereinheit 26b.
Die Auswerteeinheit 24b ist mit mehreren von FFT-Modulen 28b, 30b gebildeten
Mitteln zu einer Konversion eines zeitabhängigen Signals
des als Schallwandler ausgebildeten Sensors 20b in eine
frequenzabhängige Darstellung und zu einer Konversion eines
zeitabhängigen Signals des als Stromsensor ausgebildeten
Sensors 14b in eine frequenzabhängige Darstellung
ausgestattet. Eine Erstellung von Frequenzspektren 32b, 34b und
Entscheidungen über ein Vorliegen einer Kleinstörung durch
die Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16b erfolgen
in dem Zeittakt gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 1.
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In
der Speichereinheit 26b sind Referenzsignale 36b in
einer zeit- und frequenzabhängigen Darstellung hinterlegt,
die typische Betriebssituationen und typische Kleinstörungssituationen
der Werkzeugmaschine 10b charakterisieren. Beispielsweise beschreibt
eines der Referenzsignale 36b ein Durchdrehen eines Schrauber-Bits
beim Eindrehen einer Schraube mit Pozidriv-Kopf. Da bei jeder Umdrehung des
Schrauber-Bits Bitflanken an vier Schlitzkanten des Pozidriv-Kopfes
vorbeistreifen, entsteht ein Geräusch, das in seinem Frequenzspektrum
eine Amplitude A bei einer Frequenz ω aufweist, die einem Vierfachen
einer aktuellen Antriebsfrequenz des Akku-Schraubers entspricht.
Die Auswerteeinheit 24b ist dazu vorgesehen, eine Entscheidung über
ein Vorliegen einer Kleinstörung aufgrund einer Kombination von
Signalen der zwei Sensoren 14b, 20b zu treffen. Dazu
kombiniert die Auswerteeinheit 24b eine Information über
eine aktuelle Antriebsfrequenz aus einem Signal des Sensors 14b in
einer frequenzabhängigen Darstellung mit einer Amplitude
A eines Signals des als Mikrophon ausgebildeten Sensors 20b in einer
frequenzabhängigen Darstellung bei einer Frequenz ω,
die einem Vierfachen der aktuellen Antriebsfrequenz entspricht. Übersteigt
diese Amplitude A einen im Voraus festgelegten und in der Speichereinheit 26b der
Auswerteeinheit 24b hinterlegten Wert, ist die Auswerteeinheit 24b dazu
vorgesehen, auf Vorliegen einer Kleinstörung zu entscheiden
und ein Signal 42b bereitzustellen, das dazu vorgesehen ist,
die Antriebseinheit 18b abzubremsen. Die Kleinstörungserkennungsvorrichtung 16b umfasst
eine Anzeigeeinheit 40b, die dazu vorgesehen ist, einem Bediener
das Vorliegen der Kleinstörung „Bit dreht durch” anzuzeigen
und mit einem akustischen Signal auf eine notwendige Korrektur der
Kleinstörungssituation hinzuweisen, um ein vom Bediener
gewünschtes Ergebnis zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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