DE102012223007A1

DE102012223007A1 - Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Werkzeuggeräts

Info

Publication number: DE102012223007A1
Application number: DE102012223007.6A
Authority: DE
Inventors: Norbert Welte; Roland Mandel; Thorsten Sauer; Klaus Bertsch
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-18
Also published as: CN104853884B; US20150283690A1; CN104853884A; EP2931483A1; WO2014090782A1; TW201438853A; JP2016503350A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät (1), mit einer Einrichtung zum Erfassen und/oder Speichern von gerätebezogenen Betriebsdaten und/oder Belastungszuständen. Um den Betrieb von handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräten weiter zu vereinfachen und/oder deren Serviceintervalle oder Lebensdauer zu verlängern, umfasst das Werkzeuggerät (1) mindestens eine Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen von gerätebezogenen Kräften, Beschleunigungen, Wegen, Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät, mit einer Einrichtung zum Erfassen und/oder Speichern von gerätebezogenen Betriebsdaten und/oder Belastungszuständen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Werkzeuggeräts.
Stand der Technik
Bei dem Handwerkzeuggerät handelt es sich zum Beispiel um ein handgeführtes Eintreibgerät, wie es in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2006 000 517 A1 und DE 10 2006 035 460 A1 offenbart ist. Bei dem Handwerkzeug kann es sich aber auch um ein Handgerät handeln, wie es in der deutschen Patentschrift DE 33 10 371 C1 offenbart ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 56 218 A1 ist ein handgeführtes oder halbstationäres Elektrowerkzeug mit einer Einrichtung zur Speicherung maschinenbezogener Daten und mit einer Einrichtung zur Erfassung von Belastungszuständen während des Betriebs des Elektrowerkzeuggeräts und zur Umwandlung der erfassten Belastungszustände in in der Speichereinrichtung speicherbare Belastungsdaten bekannt, wobei eine interne oder externe prozessorgesteuerte Einrichtung zur Verarbeitung der Belastungsdaten, zur Gewinnung einer Servicevorhersage und einer Vorhersage über die verbleibende störungsfreie Betriebsdauer oder zur Ausgabe einer Störungsmeldung dient.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb von handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräten weiter zu vereinfachen und/oder deren Serviceintervalle oder Lebensdauer zu verlängern.
Die Aufgabe ist bei einem handgeführten oder halbstationären Werkzeuggerät, mit einer Einrichtung zum Erfassen und/oder Speichern von gerätebezogenen Betriebsdaten und/oder Belastungszuständen, dadurch gelöst, dass das Werkzeuggerät mindestens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von gerätebezogenen Kräften, Beschleunigungen, Wegen, Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden umfasst. Aus den mit der Sensoreinrichtung erfassten physikalischen Größen können vorteilhaft Rückschlüsse auf ein Anwenderverhalten oder Benutzerverhalten und/oder einen aktuellen Betriebseinsatz des Werkzeuggeräts abgeleitet werden. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass ein Serviceintervall besser an die tatsächliche Belastung des Werkzeuggeräts und das Anwenderverhalten oder Benutzerverhalten angepasst werden kann. Dadurch kann die Lebensdauer des Werkzeuggeräts maximal ausgenutzt werden. Darüber hinaus können Ausfallzeiten des Werkzeuggeräts durch einen bedarfsgerechten Service reduziert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Kraftsensor, einen Beschleunigungssensor, einen Wegsensor und/oder einen Schwingungssensor umfasst. Mit dem Sensor beziehungsweise den Sensoren kann beziehungsweise können zum Beispiel Situationen erfasst werden, in denen das Werkzeuggerät nicht korrekt benutzt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftsensor so in einem vorderen Endbereich des Werkzeuggeräts angebracht ist, dass im Betrieb von dem Werkzeuggerät abgegebener Körperschall erfasst wird. Dadurch können anwendungsspezifische Betriebsdaten besonders effektiv erfasst und ausgewertet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät einen Sperraktor umfasst, mit dem das Werkzeuggerät gesperrt werden kann. Durch den Sperraktor kann auf einfache Art und Weise eine sicherheitsrelevante Abschaltung des Werkzeuggeräts erzwungen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät einen Stellaktor umfasst, mit dem gerätebezogene Einstellungen vorgenommen werden können. Der Stellaktor wird, ebenso wie der Sperraktor, vorzugsweise über eine geräteinterne Steuerungseinrichtung angesteuert, die vorteilhaft mit einer Auswerteeinheit kombiniert ist. Die Auswerteeinheit wiederum ist mit der Sensoreinrichtung verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät als Nagelgerät, handgeführtes Eintreibgerät oder Bolzensetzgerät ausgeführt ist. Bei dem Bolzensetzgerät kann es sich um ein brennkraftbetriebenes, ein pneumatisches oder ein elektrisch angetriebenes Bolzensetzgerät handeln. Bei allen Bolzensetzgeräten hängt die Lebensdauer sehr stark vom richtigen Einsatz und der Handhabung der Geräte ab. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeuggeräts können Fehlanwendungen vermieden oder reduziert werden.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Werkzeuggeräts ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die mit der Sensoreinrichtung erfassten Betriebsdaten und/oder Belastungszustände ausgewertet und zur Erstellung eines Belastungsprofils verwendet werden. Das Belastungsprofil kann geräteintern oder geräteextern erstellt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung des Belastungsprofils geräteinterne und/oder geräteexterne Faktoren berücksichtigt werden. Die geräteexternen Faktoren haben Einfluss auf die Belastung des Werkzeuggeräts im Betrieb. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Umgebungsbedingungen, wie ein Untergrund, in welchen ein Befestigungselement einzutreiben ist, die Beschaffenheit eines Befestigungselements, die Luftfeuchte oder den Luftdruck. Darüber hinaus umfassen die geräteexternen Faktoren Benutzereinflüsse oder Anwendereinflüsse, wie ein Aufschlagen oder ein Sturz des Werkzeuggeräts. Die geräteinternen Faktoren umfassen zum Beispiel eine Zustandsüberwachung, eine Verschleißerkennung, eine Einstellungserkennung oder eine Ausrüstungserkennung des Werkzeuggeräts.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass einem Benutzer im Betrieb des Werkzeuggeräts Informationen über eine richtige oder falsche Bedienung des Werkzeuggeräts angezeigt werden. Die Informationen werden vorzugsweise mit einer Anzeigeeinrichtung, wie einem Display, außen an dem Werkzeuggerät angezeigt und/oder über eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise an ein Funktelefon oder sonstiges mobiles Kommunikationsgerät ausgegeben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät gesperrt wird, wenn mit der Sensoreinrichtung ein kritischer Gerätezustand erkannt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine sicherheitsrelevante Abschaltung erzwungen werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Die einzige beiliegende Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeuggeräts im Längsschnitt.
Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Werkzeuggerät 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Handgriff 4 vereinfacht im Längsschnitt dargestellt. Bei dem Werkzeuggerät 1 handelt es sich um ein elektrisch angetriebenes Bolzensetzgerät. Die Erfindung ist aber auch auf brennkraftbetriebene oder pneumatische Bolzensetzgeräte anwendbar. Darüber hinaus ist die Erfindung in anderen Werkzeuggeräten, wie Bohrmaschinen, einsetzbar.
Das Werkzeuggerät 1 dient zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen (nicht dargestellten) Untergrund. Die Befestigungselemente treten an einem Setzende 5 aus dem Werkzeuggerät 1 aus.
Die verwendeten Befestigungselemente werden über ein geräteinternes Magazin 6 bereitgestellt, das in der Nähe des Setzendes 5 des Werkzeuggeräts 1 angebracht ist. Aus dem Magazin 6 werden die Befestigungselemente, vorzugsweise einzeln, automatisch entnommen und am Setzende 5 bereitgestellt.
Zum Eintreiben der Befestigungselemente in den Untergrund benötigte Energie wird im vorliegenden Beispiel elektrisch bereitgestellt. Alternativ kann die zum Eintreiben der Befestigungselemente in den Untergrund benötigte Energie auch in einem Brennstoffbehälter im Inneren des Werkzeuggeräts bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die zum Eintreiben der Befestigungselemente in den Untergrund benötigte Energie pneumatisch bereitgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeuggerät 1 umfasst eine Sensoreinrichtung 10 mit mindestens einem Sensor. Mit einem oder mehreren Sensoren werden physikalische Größen, wie Kraft, Beschleunigung, Weg, Druck, Zeit, Temperatur, Frequenz und Amplitude von Schwingungen, Energie und dergleichen erfasst.
Darüber hinaus werden aus den mit der Sensoreinrichtung 10 erfassten Informationen beziehungsweise Daten Rückschlüsse auf das Anwenderverhalten und/oder den Werkzeuggeräteeinsatz gezogen. Aus diesen Daten beziehungsweise Rückschlüssen wird ein tatsächliches Belastungsprofil des Werkzeuggeräts 1 und/oder einzelner Komponenten des Werkzeuggeräts 1 abgeleitet.
Mit der Sensoreinrichtung 10 kann zum Beispiel erkannt werden, wenn ein Anwender oder Benutzer das Werkzeuggerät 1 springen lässt, oder für die jeweilige Anwendung unpassende, beispielsweise zu kurze Befestigungselemente, insbesondere Nägel, verwendet. Die Verwendung von zu kurzen Nägeln könnte dazu führen, dass die in dem Werkzeuggerät 1 bereitgestellte Setzenergie nicht vollständig abgebaut wird.
Das wiederum würde bei herkömmlichen Werkzeuggeräten dazu führen, dass ein Teil der bereitgestellten Setzenergie in einem Puffer oder in andere Systemkomponenten geleitet wird. Mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung können höhere Belastungen des Werkzeuggeräts 1 erkannt, ausgewertet und als Belastungsprofil abgelegt beziehungsweise gespeichert werden.
Über eine Schadensakkumulation werden darüber hinaus Lebensdauervorhersagen für einzelne Komponenten des Werkzeuggeräts 1 und das Gesamtsystem abgeleitet. Darüber hinaus wird ein variables Serviceintervall generiert. Das Serviceintervall ist möglichst lang, und greift kurz vor einem potentiellen Systemausfall zuverlässig.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Werkzeuggeräts 1 werden verschiedene Maßnahmen eingeleitet, die das System schonen, möglichst lange Nutzungszeiten ermöglichen und unsichere Zustände verhindern. Die Maßnahmen umfassen insbesondere folgende Maßnahmen:

– Anwenderinfo über richtigen/falschen Systemeinsatz;
– Verlängerung des Serviceintervalls bei schonendem Systemeinsatz;
– Verkürzen des Serviceintervalls bei erhöhter Systembelastung;
– Dokumentation des Belastungsprofils (zum Beispiel für Service);
– Ausgabe des Belastungsprofils (über Schnittstelle, Display, Signalisierung);
– Sperren des Systems, falls ein unsicherer Systemzustand entsteht;
– Sperren des Systems, um Folgeschäden zu vermeiden;
– Hinweis auf einen anstehenden Service;
– Erkennen der Geräteeinstellungen aufgrund des Belastungsprofils;
– Ableiten von optimierten Geräteeinstellungen.

Es können sowohl externe als auch interne Faktoren des Systems zur Erstellung des Belastungsprofils herangezogen und berücksichtigt werden.
Externe Faktoren mit Einfluss auf die Belastung des Systems sind zum Beispiel:

– Geräteeinsatz (Untergrund, Befestiger, Nagel, Temperatur, Feuchte, Luftdruck, Fehlanwendungen, Leersetzungen...);
– Anwendereinfluss (Aufschlagen des Geräts, Sturz des Geräts, Springenlassen des Geräts, starkes/schwaches/schräges Anpressen).

Interne Faktoren sind zum Beispiel:

– Zustandsüberwachung (Gerät gespannt, Kolbenfehlstand...);
– Verschleißerkennung (Puffer, Kolben, Lager...);
– Einstellungserkennung (Energieeinstellung, Überenergie...);
– Ausrüstungserkennung (Bolzenführung, Kolben, Kartuschen...).

Die Sensoreinrichtung 10 umfasst einen Beschleunigungssensor 12, mit welchem der Körperschall des Werkzeuggeräts 1 bei jeder Setzung aufgenommen wird. Die Sensoreinrichtung 10 ist über eine Verbindungsleitung 14 elektronisch mit einer Auswerte- und Steuerungseinheit 20 verbunden. Über eine weitere Verbindungsleitung 24 ist die Auswerte- und Steuerungseinheit 20 mit einer Anzeigeeinrichtung 25 verbunden, die ein Display umfasst. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Auswerte- und Steuerungseinheit mit einer Kommunikationsschnittstelle verbunden, welche die betreffenden Informationen insbesondere per Funkübertragung, beispielsweise GSM, an ein Funktelefon oder ähnliches mobiles Kommunikationsgerät ausgibt. Über eine weitere Verbindungsleitung 28 ist die Auswerte- und Steuerungseinheit 20 mit einem Aktor 30 verbunden.
In der Auswerte- und Steuerungseinheit 20 wird ein Signal der Sensoreinrichtung 10 analysiert. Dabei können verschiedene Informationen, wie Anwendung, Fehlanwendung, Gerätelebensdauer und dergleichen daraus abgeleitet werden. Anhand der Anwendungsinformationen werden Schadensanteile von Komponenten des Werkzeuggeräts 1, wie Puffer, Kolben, Band, akkumuliert. Erreicht eine der Komponenten einen vorgegebenen Servicewert, wird dies an dem Display der Anzeigeeinrichtung 25 optisch außen an dem Werkzeuggerät 1 signalisiert. Die Signalisierung kann auch durch ein akustisches Signal erfolgen.
Über den Aktor 30 kann das Werkzeuggerät 1 gesperrt werden, um eine sicherheitsrelevante Abschaltung zu erzwingen. Darüber hinaus können über einen oder mehrere weitere (nicht dargestellte) Aktoren auch Systemeinstellungen vorgenommen werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeuggerät 1 mit der Sensoreinrichtung 10 ermöglicht unter anderem die folgenden Funktionen.
Als Anwendungsdetektor kann zum Beispiel folgendes erkannt und berücksichtigt werden: Normalanwendung, Fehlanwendung, Setzausfall, Setzkadenz, Setzzahl, Setzprofil, Anwendungsrichtung.
Darüber hinaus können Entwicklungsdaten, die für die Geräteentwicklung wichtig sind, protokolliert und/oder gespeichert werden. Des Weiteren können Fehlfunktionen, zum Beispiel Zündverzögerer oder Zündversager, früh erkannt werden, bevor ein Ausfall stattfindet.
Als Ausfalldetektor können Ausfälle an Komponenten, wie einem Band oder einer Feder, besser prognostiziert werden. Durch eine Energiemessung kann erkannt werden, ob eine Verbrennung gut oder schlecht abläuft. An Komponenten des Werkzeuggeräts 1, wie einem Puffer, einem Getriebe, einem Lager, einem Kolben, einem Band, kann Verschleiß detektiert werden. Mit Hilfe der Sensoreinrichtung 10 kann ein Erstabgleich des Werkzeuggeräts 1 durchgeführt werden. So kann das Werkzeuggeräts 1 vor einer Auslieferung anhand von zum Beispiel zehn Setzungen geeicht werden.
Abhängig von einer Anzahl von Fehlanwendungen und/oder abhängig vom Anwenderverhalten, zum Beispiel bei einem Geräteaufschlag, kann ein einsatzabhängiges Serviceintervall festgelegt werden. Darüber hinaus kann ein unsachgemäßer Gebrauch, wie Schläge oder Stürze des Werkzeuggeräts 1, signalisiert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Handschalter des Werkzeuggeräts 1 gegebenenfalls entfallen, weil das Werkzeuggerät 1 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 10 auch durch Schütteln aktiviert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006000517 A1 [0002]
DE 102006035460 A1 [0002]
DE 3310371 C1 [0002]
DE 10156218 A1 [0003]

Claims

Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät (1), mit einer Einrichtung zum Erfassen und/oder Speichern von gerätebezogenen Betriebsdaten und/oder Belastungszuständen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät (1) mindestens eine Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen von gerätebezogenen Kräften, Beschleunigungen, Wegen, Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden umfasst.
Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) einen Kraftsensor (12), einen Beschleunigungssensor, einen Wegsensor und/oder einen Schwingungssensor umfasst.
Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftsensor (12) so in einem vorderen Endbereich des Werkzeuggeräts (1) angebracht ist, dass im Betrieb von dem Werkzeuggerät (1) abgegebener Körperschall erfasst wird.
Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät (1) einen Sperraktor (30) umfasst, mit dem das Werkzeuggerät (1) gesperrt werden kann.
Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät (1) einen Stellaktor umfasst, mit dem gerätebezogene Einstellungen vorgenommen werden können.
Handgeführtes oder halbstationäres Werkzeuggerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät (1) als Nagelgerät, handgeführtes Eintreibgerät oder Bolzensetzgerät ausgeführt ist.
Verfahren zum Betreiben eines handgeführten oder halbstationären Werkzeuggeräts (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Sensoreinrichtung (10) erfassten Betriebsdaten und/oder Belastungszustände ausgewertet und zur Erstellung eines Belastungsprofils verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung des Belastungsprofils geräteinterne und/oder geräteexterne Faktoren berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem Benutzer im Betrieb des Werkzeuggeräts (1) Informationen über eine richtige oder falsche Bedienung des Werkzeuggeräts (1) angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeuggerät (1) gesperrt wird, wenn mit der Sensoreinrichtung (10) ein kritischer Gerätezustand erkannt wird.