-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor zum Antreiben eines rotierenden Einsatzwerkzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der elektrischen Werkzeugmaschine.
-
Stand der Technik
-
Elektrische Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Bohrmaschinen oder Bohrhämmer, werden mit austauschbaren Einsatzwerkzeugen ausgestattet, welche typischerweise von einem Elektromotor der Werkzeugmaschine in rotierender Weise angetrieben werden. Im Betrieb einer solchen Handwerkzeugmaschine wird das durch die Rotation des Einsatzwerkzeugs an der Maschine auftretende Drehmoment durch ein vom Benutzer aufzubringendes Gegendrehmoment kompensiert. Je nach Betriebssituation kann die Drehmomentbelastung auf den Benutzer stark variieren. Insbesondere können unter ungünstigen Bedingungen dabei sehr hohe Drehmomentspitzen auftreten. Dies ist beispielsweise bei einem so genannten Kickback- oder Rückschlagereignis der Fall, bei dem das Einsatzwerkzeug im Werkstück blockiert. Gerade bei leistungsstarken Werkzeugmaschinen können diese Drehmomentspitzen für den Benutzer gefährliche Arbeitssituationen darstellen. Aber auch bei weniger leistungsstarken Werkzeugmaschinen, welche mit einer sehr hohen Drehzahl betrieben werden, können aufgrund der dabei im System vorhandenen großen Rotationsenergie beim plötzlichen Blockieren des Einsatzwerkzeugs sehr große und für einige Millisekunden andauernde Beschleunigungen um die Rotationsachse des Elektrowerkzeugs auftreten.
-
Um die gefährlichen Kickback-Situationen zu vermeiden, werden moderne Werkzeugmaschinen mit entsprechenden Schutzfunktionen ausgestattet, welche beim Auftreten eines plötzlichen Drehmomentanstiegs die Leistung des Antriebsmotors reduzieren. Die Aktivierung einer solchen Schutzfunktion erfolgt dabei unabhängig von Betriebszustand bzw. Betriebssituation stets nach denselben Kriterien. So wird beispielsweise die Kickback-Schutzfunktion beim Blockieren des Einsatzwerkzeugs im Betrieb der Werkzeugmaschine mit relativ kleiner Drehzahl aktiviert, obwohl der Anwender selbst genügend Zeit hätte, den von ihm gedrückt gehaltenen Schalter der Werkzeugmaschine wieder loszulassen. Andererseits können in bestimmten Fällen auftretende Kickback-Fälle aufgrund der fest vorgegebenen Bewertungskriterien nicht oder nicht richtig erkannt werden.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Bedienbarkeit einer Werkzeugmaschine zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor zum Antreiben eines rotierenden Einsatzwerkzeugs vorgesehen, wobei die elektrische Werkzeugmaschine in einem von mehreren Betriebsmodi betrieben und dabei wenigstens ein Parameter der Werkzeugmaschine erfasst wird. Anhand des erfassten Parameters wird der aktuelle Betriebszustand der elektrischen Werkzeugmaschine ermittelt und ausgewertet, wobei eine Schutzfunktion aktiviert wird, wenn bei der Auswertung des aktuellen Betriebszustands das Vorliegen einer kritischer Betriebssituation erkannt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der aktuelle Betriebsmodus der elektrischen Werkzeugmaschine erfasst und die Auswertung des aktuellen Betriebszustands jeweils dem aktuellen Betriebsmodus angepasst wird. Die Verwendung verschiedener Auswertemethoden in den verschiedenen Betriebsmodi ermöglicht es, die Auswertung des aktuellen Betriebszustands auf die Besonderheiten der verschiedenen Betriebsmodi abzustimmen. Durch das Anpassen der Auswertemethode an die verschiedenen Betriebsmodi kann dabei sichergestellt werden, dass das Auftreten einer kritischen Betriebssituation in jedem der verschiedenen Betriebsmodi sicher erkannt wird. Ferner kann je nach Betriebsmodus die Reaktion der Sicherheitsfunktion unterschiedlich stark abgestuft durchgeführt werden. Somit kann einerseits die Benutzersicherheit verbessert und andererseits die Bedienung der Werkzeugmaschine erleichtert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass den verschiedenen Betriebsmodi der elektrischen Werkzeugmaschine jeweils verschiedene Auswerteverfahren und/oder Auswerteeinrichtungen zugeordnet sind. Hierdurch wird ein besonders sicheres Erkennen bzw. Detektieren kritischer Betriebssituationen ermöglicht, da die verschiedenen Auswerteverfahren bzw. Auswerteeinrichtungen die individuellen Betriebsbedingungen in den verschiedenen Betriebsmodi besser berücksichtigen können. Die Verwendung mehrerer Auswerteeinrichtungen erlaubt ferner eine besonders schnelle Reaktion der Steuereinrichtung, da die einzelnen Auswerteeinrichtungen im Hinblick auf das jeweilige kritischer Ereigniss optimiert werden können.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass als kritische Betriebssituation ein durch Blockieren des rotierenden Einsatzwerkzeugs bei der Werkzeugmaschine verursachtes Rückschlag-Ereignis erkannt wird, wobei die Aktivierung der Schutzfunktion eine Reduktion der Leistungsaufnahme des Elektromotors oder ein vollständiges Ausschalten des Elektromotors bewirkt. Da ein solches Rückschlag-Ereignis mit einem starken Ausschlagen der Werkzeugmaschine verbunden ist, kann durch die Reduktion der Leistungsaufnahme des Elektromotors bzw. durch das vollständige Ausschalten des Elektromotors die Gefährdung des Benutzers der Werkzeugmaschine reduziert werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem Betriebsmodus als Betriebszustand die Drehbewegung der elektrischen Werkzeugmaschine um eine Rotationsachse des Einsatzwerkzeugs überwacht und dazu die aktuelle Drehbeschleunigung oder Drehrate der Werkzeugmaschine als Parameter erfasst wird. Ferner wird die Schutzfunktion aktiviert, wenn die Drehbeschleunigung der elektrischen Werkzeugmaschine einen dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordneten Beschleunigungsschwellwert oder die Drehrate einen dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordneten Drehratenschwellwert überschreitet. Dabei wird die Aktivierung der Schutzfunktion in einem durch Beschleunigen des Elektromotors aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl gekennzeichneten Beschleunigungsmodus unterdrückt. Hierdurch kann verhindert werden, dass eine Drehmomentzunahme, welche allein durch das Beschleunigen des Elektromotors bzw. durch die dabei zunehmende Reibung zwischen Einsatzwerkzeug und Werkstück auftritt, nicht fälschlicherweise als kritische Betriebssituation erkannt wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitsfunktion in einem durch Beschleunigen des Elektromotors aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl gekennzeichneten Beschleunigungsmodus aktiviert wird, wenn ein Auslenkwinkel der Werkzeugmaschine, welcher mittels mathematischer Integration der Drehbewegung der elektrischen Werkzeugmaschine um die Rotationsachse des Einsatzwerkzeugs über die Zeit ermittelt wird, einen vorgegebenen maximalen Auslenkwinkelschwellwert überschreitet. Hiermit können kritische Betriebssituationen, wie das Blockieren des Einsatzwerkzeugs im Werkstück, auch in solchen Fällen detektiert werden, wenn die Blockierung aufgrund einer langsamen drehenden Maschinen nicht, wie im Regelfall üblich zu einem rückartigen Ausschlag der Werkzeugmaschine führt. Somit lässt sich die Betriebssicherheit der Werkzeugmaschine weiter erhöhen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Betriebszustand eine Drehbeschleunigung der elektrischen Werkzeugmaschine um die Rotationsachse erfasst wird, wobei die Schutzfunktion in einem Leerlaufmodus aktiviert wird, sobald die erfasste Drehbeschleunigung der elektrischen Werkzeugmaschine für eine vorgegebene erste Mindestzeitdauer einen vorgegebenen ersten Beschleunigungsschwellwert überschreitet. Durch die Verknüpfung der Beschleunigung mit der Zeit lässt sich der Betriebszustand der Werkzeugmaschine deutlich genauer bewerten.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schutzfunktion in einem sich an den Leerlaufmodus anschließenden und durch langsames Abbremsen des Elektromotors aus dem Leerlauf gekennzeichneten Lastmodus aktiviert wird, sobald die erfasste Drehbeschleunigung der elektrischen Werkzeugmaschine für eine vorgegebene zweite Mindestzeitdauer, welche länger ist als die erste Mindestzeitdauer im Leerlaufmodus, einen vorgegebenen zweiten Beschleunigungsschwellwert, welcher geringer ist als der erste Beschleunigungsschwellwert im Leerlaufmodus, überschreitet und/oder wenn ein durch mathematische Integration ermittelter Auslenkwinkel der elektrischen Werkzeugmaschine einen vorgegebenen Auslenkwinkelschwellwert überschreitet. Damit werden die verschiedenen Bedingungen in den beiden Betriebsmodi optimal berücksichtigt, denn die Schutzfunktion wird in dem schnell drehenden Leerlaufmodus bereits bei kurzzeitigen Ausschlägen aktiviert, wenn der entsprechende Ausschlag besonders hoch ausfällt. Hingegen wird in dem langsam drehenden Lastmodus die Schutzfunktion bereits bei niedrigerer Schwelle aktiviert, wenn der entsprechende Ausschlag länger andauert.
-
Ferner ist eine weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Schutzfunktion in einem Meißelmodus, in welchem das Einsatzwerkzeug eine Translationsbewegung vollführt, deaktiviert wird. Hierdurch können in diesem Betriebsmodus unnötige Abschaltungen wirksam vermieden werden.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
-
Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine elektrische Werkzeugmaschine in Form einer Bohrmaschine mit Einrichtungen zum Erkennen von Rückschlag-Ereignissen;
-
2 schematisch den zeitlichen Verlauf verschiedener Beschleunigungsereignisse der elektrischen Werkzeugmaschine;
-
3 schematisch den zeitlichen Verlauf des Auslenkwinkels der elektrischen Werkzeugmaschine mit zwei unterschiedlichen Ausschlägen;
-
4 schematisch die elektrische Werkzeugmaschine mit einer Steuereinrichtung und mehreren Auswerteeinrichtungen zum Erkennen von Rückschlagereignissen; und
-
5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Elektrische Werkzeugmaschinen mit auswechselbaren Einsatzwerkzeugen, wie zum Beispiel Bohrmaschinen, Bohrhämmer, Akkuschrauber, Akkubohrer oder ähnliche mit entsprechenden Einsatzwerkzeugen ausgestattete Geräte, sind typischerweise mit einem leistungsstarken Elektromotor zum Antrieb des Einsatzwerkzeugs ausgestattet. Die 1 zeigt beispielhaft eine als Bohrmaschine ausgebildete Werkzeugmaschine 100 mit einem als Bohrer ausgebildeten Einsatzwerkzeug 200, welches in einem Bohrfutter 160 der Bohrmaschine 100 befestigt ist. Die Bohrmaschine 100 weist ein typisches Gehäuse 110 mit einem einen Handgriff 111 bildenden Gehäuseabschnitt. Der im Mittelteil des Gerätegehäuses 110 untergebrachter Elektromotor 120 treibt das im Bohrfutter 160 eingespannte Einsatzwerkzeug 200 typischerweise über ein hier nicht dargestelltes Umsetzgetriebe um eine vorgegebene Rotationsachse 161 rotierend an. Zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 120 weist die Bohrmaschine 100 eine Steuereinrichtung 130 sowie wenigstens ein in der 1 lediglich beispielhaft als Hauptschalter ausgebildetes Bedienelement 150 auf, über welches der jeweilige Benutzer den Betriebsmodus vorgeben kann. Anhand der Benutzervorgaben steuert die Steuereinrichtung 130 eine hier nicht näher dargestellt Leistungselektronik an, welche wiederum die Energiezufuhr des Elektromotors 120 bestimmt. In Abhängigkeit von der jeweiligen Energiezufuhr können verschiedene Drehmomente am Einsatzwerkzeug 200 realisiert werden, wobei sich typischerweise abhängig von der jeweiligen Last jeweils unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten des Einsatzwerkzeugs 200 ergeben.
-
Durch Beschleunigungsvorgänge der Bohrmaschine 100 und Reibungskräfte zwischen dem Einsatzwerkzeug 200 und einem Werkstück treten an der Bohrmaschine 100 Drehmomente auf, welche üblicherweise durch einen vom Benutzer am Haltegriff 111 aufzubringendes Gegendrehmoment kompensiert werden müssen. Größere Drehmomente erfordern häufig einen Zusatzhandgriff 170, welcher in der Regel am vorderen Abschnitt des der Bohrmaschinengehäuses 110 im Wesentlichen radial zur Rotationsachse 161 befestigbar ist.
-
Um ein durch Blockieren des Einsatzwerkzeugs 200 im Werkstück verursachtes und als ein ruckartiges Ausschlagen der Bohrmaschine 100 um die Rotationsachse 161 wahrnehmbares Rückschlag- bzw. Kickback-Ereignis eindeutig zu detektieren, verfügt die Bohrmaschine 100 ferner über eine Sensoreinrichtung 140. Die beispielsweise im Handgriff 111 angeordnete Sensoreinrichtung 140 umfasst dabei wenigstens einen Sensor 141, 142 zum Erfassen wenigstens eines Parameters der Bohrmaschine 100. Als Sensor 141, 142 kommt insbesondere ein Inertialsensor zum Einsatz, wie z. B. ein Beschleunigungssensor, Drehratensensor und/oder Lagesensor. Auch ein kombinierter Sensor zur Detektion der aktuellen Beschleunigung, Drehzahl bzw. Auslenkung der Bohrmaschine 100 kann hierfür verwendet werden.
-
Anhand der von der Sensoreinrichtung 140 bereitgestellten Sensorinformationen kann die Steuereinrichtung 130 den aktuellen Betriebszustand der Bohrmaschine 100 bestimmen und beim Auftreten eines Kickback-Ereignisses oder anderer kritischer Betriebszustände die Leistung des Elektromotors 120 entsprechend reduzieren. Dabei verfügt die Steuereinrichtung 130 über wenigstens eine Auswerteeinrichtung 132 zum Auswerten des mittels der Sensoreinrichtung jeweils ermittelten Parameters bzw. des damit ermittelten aktuellen Betriebszustands. Eine solche Auswerteeinrichtung 132 kann dabei sowohl in Form von Software, Hardware oder einer Kombination aus Soft- und Hardware realisiert sein.
-
Die Steuereinrichtung 130 ist dabei ausgebildet, die Auswertung des aktuellen Betriebszustands in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebsmodus der Bohrmaschine 100 vorzunehmen. Hierbei werden insbesondere die Auswertestrategie, mit deren Hilfe bestimmte kritische Ereignisse, wie das Ausschlagen der Bohrmaschine, erkannt werden, in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Betriebsmodus ausgewählt. Dabei kann ein bestimmtes Beschleunigungsereignis, welches in einem ersten Betriebsmodus als unkritisch gewertet wurde, in einem zweiten Betriebsmodus als kritisch bewertet werden, so dass für gleiche oder ähnliche Beschleunigungsereignisse je nach Betriebsmodus unterschiedliche Reaktionen der Steuereinrichtung 130 möglich sind.
-
Die elektrische Werkzeugmaschine 100 besitzt typischerweise verschiedene Betriebszustände, welchen zum sicheren Erkennen kritischer Betriebsfälle vorzugsweise individuelle Auswertemethoden bzw. Auswertekonzepte zugeordnet werden. So steht beispielsweise bei einem Akkuhammer sowohl ein einfacher Bohrbetrieb als auch ein Hammerbohrbetrieb zu Verfügung. Da im Hammerbohrbetrieb neben der Drehbewegung eine zusätzliche longitudinale Bewegung des Bohrwerkzeugs stattfindet, ist in diesem Betriebsmodus im Vergleich zu reinem Bohrbetrieb ein Blockieren des Bohrwerkzeugs im Werkstück weniger wahrscheinlich. Daher können Auslenkungen der Werkzeugmaschine 100 im Hammerbohr-Betriebsmodus deutlich toleranter bewertet werden. So kann beispielsweise der Beschleunigungsschwellwert, ab welchem ein Ausschlag der Werkzeugmaschine 100 als ein kritischer Betriebsfall gewertet wird, im Hammerbohrbetrieb höher angesetzt werden als im reinen Bohrbetrieb.
-
Auch die Beschleunigungsphase unmittelbar nach dem Drücken des Hauptschalters 150, in welcher das Einsatzwerkzeug 200 aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, kann als ein separater Betriebsmodus aufgefasst werden. In diesem Anlauf- oder Beschleunigungsmodus kann der Steuereinrichtung 130 eine entsprechend auf diesen speziellen Betriebsmodus eigens abgestimmte Auswertemethode zum Erkennen von Kickback-Ereignissen zur Verfügung stehen. Insbesondere kann der Drehmoment- oder Auslenkwinkelschwellwert erhöht werden, ab welchen ein Rückschlagereignis als ein kritischer Betriebsfall gewertet und infolge dessen entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Alternativ hierzu kann die Auswertung des Betriebszustands bzw. die Erkennung kritischer Ereignisse im Beschleunigungsmodus auch gänzlich unterdrückt werden. Damit lässt sich wirksam verhindern, dass ein an sich harmloses Ereignis, wie z. B. das ruckartige Lösen einer festsitzenden Schraube, zu einem Abschalten des Elektromotors 120 oder einer Reduktion der Motorleistung führt.
-
Zum Erfassen des aktuellen Betriebsmodus der Werkzeugmaschine 100 kann die Steuereinrichtung 130 eine separate Erfassungseinrichtung 136 umfassen.
-
Zur Auswertung der Sensorinformationen verfügt die Steuereinrichtung 130 über wenigstens eine Auswerteeinrichtung 132, welche zur Realisierung verschiedener Auswertemethoden bzw. Auswertekonzepte je nach Anwendung eine oder mehrere verschiedene Auswerteschaltungen 133, 134 umfasst. Einen wesentlichen Vorteil mehrerer Auswerteschaltungen 133, 134 stellt die Möglichkeit dar, für die verschiedenen Aufgaben jeweils optimal angepasste Auswerteschaltungen 133, 134 vorzusehen. Hingegen lässt sich mithilfe einer gemeinsamen Auswerteschaltung 133, 134 für die Auswertung des Betriebszustands in den verschiedenen Betriebsmodi der Hardwareaufwand deutlich reduzieren.
-
Für die Auswerteschaltungen 133, 134 können dabei sowohl aus diskreten Einzelkomponenten aufgebaute Schaltungen als auch integrierte Schaltungen, wie z. B. ein Mikroprozessor, verwendet werden. Insbesondere mithilfe von Mikroprozessoren lassen sich auch komplexere Analysen des Betriebszustands unter Verwendung mehrerer Parameter sinnvoll realisieren.
-
Insbesondere kann der Drehmoment- oder Auslenkwinkelschwellwert, ab welchem ein auftretendes Rückschlagereignis als ein kritischer Betriebsfall gewertet und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden, erhöht werden.
-
Um die zum Erkennen kritischer Betriebssituationen herangezogene Auswertemethode dem jeweils aktuellen Betriebsmodus anzupassen, verfügt die Steuereinrichtung vorzugsweise über eine Adaptionseinrichtung 137. Diese Adaptionseinrichtung 137 kann in dem Fall, dass mehrere Auswerteschaltungen 133, 134 zu Verfügung stehen, die dem jeweils aktuellen Betriebsmodus zugeordnete Auswerteschaltung auswählen bzw. aktivieren. Hingegen kann in dem Fall, dass verschiedene Betriebsmodi dieselbe Auswerteschaltung 133, 134 verwenden, die Adaptionseinrichtung 137 in der betreffenden Auswerteschaltung 133, 134 den Auswertealgorithmus bzw. die zur Auswertung verwendeten Schwellwerte anpassen.
-
Die 2 zeigt beispielhaft eine Blockbilddarstellung der elektrischen Komponenten einer elektrischen Werkzeugmaschine 100 gemäß der Erfindung. Dabei umfasst die Werkzeugmaschine 100 einen Elektromotor 120, eine mit dem Elektromotor 120 elektrisch verbundene Leistungselektronik 121, eine mit der Leistungselektronik elektrisch verbundene Steuereinrichtung 130, wenigstens ein mit der Steuereinrichtung 130 verbundenes Bedienelement 150 und wenigstens eine mit der Steuereinrichtung 130 verbundene Sensoreinrichtung 140. Die Steuereinrichtung 130 umfasst eine Steuerschaltung 131 zum Steuern der Leistungselektronik 121 sowie eine Auswerteschaltung 132 zum Auswerten der von der Sensoreinrichtung 140 bereitgestellten Sensorinformationen. Ferner umfasst die hier beispielhaft dargestellte Steuereinrichtung 130 eine mit der Auswerteeinrichtung 132 oder optional auch mit der Steuerschaltung 131 verbundene Speichereinrichtung 135. Die in der 2 als Funktionsblöcke dargestellten Steuerschaltung 131, Auswerteeinrichtung 132 und Speichereinrichtung 135 können je nach Anwendung sowohl als separate Komponenten auf einer oder mehreren Platinen als auch in Form auf einem gemeinsamen Substrat integrierter Mikroschaltkreise realisiert sein.
-
Im Betrieb der Werkzeugmaschine 100 steuert die Steuerschaltung 131 den Elektromotor 120 über die Leistungselektronik 121 gemäß den Benutzervorgaben über das Bedienelement 150. Dabei überwacht die Auswerteschaltung 132 den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 100, indem sie die Signale der Sensoreinrichtung 140 auswertet. Zuvor ermittelt eine beispielsweise als separate Funktionseinheit der Steuerschaltung 131 ausgebildete Erfassungseinrichtung 136 zunächst den aktuellen Betriebsmodus der Werkzeugmaschine 100 und übermittelt diesen in Form einer geeigneten Information an eine Adaptionseinrichtung 137, welche beispielsweise als separate Funktionseinheit der Auswerteeinrichtung 132 ausgebildet ist. Die Adaptionseinrichtung 137 wählt anschließend eine dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordnete Auswertemethode zur Auswertung des aktuellen Betriebszustands der Bohrmaschine aus. Verschiedene Auswertemethoden lassen sich dabei sowohl mittels einer gemeinsamen Auswerteschaltung unter Verwendung verschiedener Auswertealgorithmen oder unterschiedlicher Einstellungen, als auch mit verschiedenen Auswerteschaltungen 133 realisieren. Als Auswerteschaltung 133, 134 dient vorzugsweise eine Recheneinrichtung, wie z.B. ein Mikroprozessor, auf welchem ein spezielles Auswerteprogramm ausgeführt wird. Das jeweilige Programm bzw. die vom Programm verwendeten Algorithmen und Parameter können dabei in einer Speichereinrichtung 135 abgelegt sein, und je nach Bedarf in den Mikroprozessor eingelesen werden.
-
Erfindungsgemäß werden verschiedenen Betriebszuständen unterschiedliche Auswertemethoden bzw. Auswertekonzepte zugeordnet, um in jedem Betriebsmodus einen kritischen Betriebsfall, wie zum Beispiel ein Kickback-Ereignis, optimal erkennen zu können. Die verschiedenen Betriebszustände bzw. Betriebsmodi können dabei von der aktuellen Drehzahl und auch von der eingestellten Betriebsart, wie zum Beispiel Bohren, Hammerbohren, etc., abhängig sein. Zur Realisierung verschiedener Auswertemethoden können in den verschiedenen Betriebsmodi unterschiedliche Schwellenwerte der beobachteten Parameter verwendet werden, wobei der aktuelle Betriebszustand jeweils dann als kritisch bewertet wird, wenn der beobachtete Parameter den jeweils geltenden Schwellenwert übersteigt. Als Parameter bei einer Werkzeugmaschine mit rotierenden Einsatzwerkzeugen kommen insbesondere die Drehbeschleunigung und der Auslenkwinkel des Handwerkszeugs um die Rotationsachse des Einsatzwerkzeugs infrage. Darüber hinaus können auch Kombinationen verschiedener Parameter zur Überwachung des aktuellen Betriebszustands der Werkzeugmaschine herangezogen werden.
-
Die 3 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf der gemessenen Beschleunigung α der Werkzeugmaschine 100. Dabei sind verschiedene Beschleunigungsereignisse dargestellt, welche jeweils abhängig vom aktuellen Betriebsmodus unterschiedlich bewertet werden und daher zu unterschiedlichen Reaktionen führen können. Demnach tritt zum Zeitpunkt t1 eine ruckartige Beschleunigung der Werkzeugmaschine 100 auf, welche sich in dem Diagramm der 3 durch einen steilen Anstieg des Parameters Beschleunigung α bemerkbar macht. Die Beschleunigung α übersteigt zum Zeitpunkt t1 dabei einen ersten Beschleunigungsschwellwert α S1, welcher in einem durch eine langsame Drehzahl gekennzeichneten ersten Betriebsmodus als Schwelle für kritische Ereignisse eingestellt ist. Daher wird das erste Beschleunigungsereignis von der Auswerteeinrichtung 132 der Werkzeugmaschine 100 als kritisch bewertet und infolge dessen die Motorleistung durch die Steuereinrichtung 130 reduziert. Hingegen werden in dem ersten Betriebsmodus Beschleunigungsereignisse, bei denen die Drehbeschleunigung den ersten Beschleunigungsschwellenwert α S1 nicht erreichen, als unkritisch bewertet. Befindet sich die elektrische Werkzeugmaschine jedoch in einem zweiten Betriebsmodus, welcher durch eine im Vergleich zum ersten Betriebsmodus höhere Drehzahl gekennzeichneten ist, bleibt dem Benutzer der Werkzeugmaschine gegebenenfalls weniger Zeit zur Reaktion auf ein Rückschlagereignis. Um die Gefährdung des Benutzers in dem mit hören Drehzahlen arbeitenden zweiten Betriebsmodus zu reduzieren, verwendet der Auswertealgorithmus in diesem Betriebsmodus eine niedrigeren Beschleunigungsschwellwert αS2 zur Auswertung des Betriebszustands. Daher wird im zweiten Betriebsmodus auch das zweite Beschleunigungsereignis, bei welchen die gemessene Maximalbeschleunigung nur den zweiten Beschleunigungsschwellwert αS2 überschreitet, als kritisch bewertet und infolgedessen die Motorleistung als Sicherheitsmaßnahme reduziert.
-
Je nach Betriebsmodus kann es sinnvoll sein von der Betrachtung eines einzelnen Parameters, wie z. B. der Maximalbeschleunigung, der Drehzahl oder der Auslenkung zur Betrachtung einer Kombination mehrerer Parameter überzugehen. Vorzugsweise wird dabei neben der Höhe einer gemessenen Beschleunigung α der Werkzeugmaschine auch die Zeitdauer T der jeweiligen Beschleunigung berücksichtigt. So kann beispielsweise in einem Leerlauf-Betriebsmodus, in welchem der Motor mit der Leerlaufdrehzahl dreht, ein Beschleunigungsereignis erst dann als kritisch bewertet werden, wenn die gemessene Beschleunigung einen dritten Beschleunigungsschwellwert αS3, beispielsweise 3 g, mindestens über eine vorgegebene erste Zeitdauer T1, beispielsweise 20 ms, überschreitet. Hingegen kann in einem sich an den Leerlauf-Betriebsmodus anschließenden Last-Betriebsmodus, in welchem das Elektrowerkzeug langsam aus der Leerlaufdrehzahl abgebremst wird, der Parametersatz derart angepasst werden, dass das Beschleunigungsereignis erst dann als kritisch bewertet wird, wenn die gemessene Beschleunigung einen niedrigeren vierten Beschleunigungsschwellwert αS4, beispielsweise 2 g, für eine im Vergleich zur ersten Zeitdauer T1 längere zweite Zeitdauer T4, beispielsweise 30 ms, überschreitet. Die Beschleunigungswerte sind dabei jeweils abhängig vom Einbauort des Sensors im Elektrofahrzeug. Alternativ hierzu kann im Last-Betriebsmodus in eine Winkelberechnung übergegangen werden, bei welcher ein Betriebszustand erst dann als kritisch bewertet wird, wenn der mittels mathematischer Integration über eine vorgegebene Zeit ermittelte Auslenkwinkel φ einen vorgegebenen Auslenkwinkelschwellenwert φS1, φS2 überschreitet. Hierzu zeigt die 4 beispielhaft zwei verschiedene Betriebsfälle, welche verschiedene Auslenkwinkelschwellenwerte φS1, φS2 aufweisen. Dabei wird der Betriebszustand im ersten Betriebsmodus erst dann als kritisch bewertet, wenn die gemessene Auslenkung der Werkzeugmaschine 100 den ersten Auslenkwinkelschwellenwert φS1 überschreitet. Hingegen ist dem zweiten Betriebsmodus ein höherer Auslenkwinkelschwellenwert φS2 zugeordnet.
-
Analog zu den Parameter Drehbeschleunigung φ oder Drehzahl kann auch bei der Erfassung des Auslenkwinkel φ der Werkzeugmaschine eine Verknüpfung mit der Zeitdauer erfolgen. So kann beispielsweise ein Betriebszustand, bei welchem der gemessene Auslenkwinkel φ für eine dritte Zeitdauer T3 den ersten Auslenkwinkelschwellenwert φS1 überschreitet, als ein kritisches Ereignis gewertet werden. In dem zweiten Betriebsmodus wird der kritische Betriebszustand hingegen erst dann als kritisch bewertet, wenn der erfasste Auslenkwinkel den höheren Auslenkwinkelschwellenwert φS2 für eine kürzere im Vergleich zur dritten Zeitdauer T3 kürzeren vierten Zeitdauer T4 überschreitet.
-
Um zu verhindern, dass ein durch plötzliches Lösen einer festsitzenden Schraube entstehender Ruck zu einer Abschaltung oder Reduktion der Motorleistung führt, kann die Zeit, in welcher der Motor das Einsatzwerkzeug aus dem Stillstand heraus beschleunigt, als ein separater Betriebsmodus definiert und in diesem Beschleunigungsmodus die Erkennung von Kickback-Ereignissen vollständig unterdrückt werden. Alternativ hierzu kann im Beschleunigungsmodus der Auslenkwinkel φ durch Integration ermittelt und der Motor beim Überschreiten einer vorgegebenen Auslenkwinkelschwelle φS1, φS2 abgeschaltet werden. Die Zeit des Beschleunigens kann beispielsweise aus einer Messung der Zeit, die das Elektrowerkzeug mindestens benötigt um eine definierte Masse mit einer vollen Batterie auf ca. 60 % der Leerlaufdrehzahl zu beschleunigen, ermittelt werden. Als definierte Masse kann dabei die Masse des im jeweiligen Elektrowerkzeug am häufigsten bzw. am wahrscheinlichsten verwendeten Einsatzwerkzeugs dienen.
-
Die 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 300 des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 310 der aktuelle Betriebsmodus der elektrischen Werkzeugmaschine 100 ermittelt. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 320 eine dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordnete Auswertemethode ausgewählt. Dieser Schritt kann z. B. das Anpassen der Bewertungskriterien und Bewertungsparameter der Auswerteeinrichtung 132, das Laden eines entsprechenden Programms in einen Mikroprozessor des Auswerteeinrichtung 132 oder die Auswahl bzw. Aktivierung einer dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordneten Auswerteschaltung 133, 134 umfassen. In einem weiteren Verfahrensschritt 330 findet eine Auswertung des aktuellen Betriebszustands mithilfe der jeweils ausgewählten Auswertemethode statt. Im Verfahrensschritt 340 wird anschließend ermittelt, ob es sich bei dem aktuellen Betriebszustand um einen kritischen Betriebszustand handelt. Ist das der Fall, so wird in einem weiteren Verfahrensschritt 350 eine Benutzer-Schutzfunktion aktiviert. Wird der aktuelle Betriebszustand jedoch nicht als kritisch bewertet, so kehrt das Verfahren wieder zur Ermittlung des aktuellen Betriebsmodus im Verfahrensschritt 310 zurück.
-
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen lediglich bevorzugte beziehungsweise beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Insbesondere sollen hier unter dem Begriff "Betriebsmodus" sowohl die durch Bedienelemente und Steuereinrichtung der elektrischen Werkzeugmaschine fest vorgegebenen Betriebsmodi als auch solche Betriebszustände verstanden werden, welche lediglich mittels bestimmter Kriterien, wie z.B. Drehzahl oder Lastzustand, voneinander abgrenzbar sind. Als Parameter zur Beschreibung des Betriebszustands der Werkzeugmaschine kommt neben den hier erwähnten Beschleunigung, Auslenkung oder Drehrate grundsätzlich jede geeignete messbare Größe in Frage, mit deren Hilfe sich kritische Betriebszustände erkennen lassen. Hierzu zählen beispielsweise auch elektrische Messgrößen, wie Stromstärke und Spannung des Elektromotors 120, anhand welcher sich plötzliche Lastschwankungen gut detektieren lassen. Auch eine Kombination verschiedener Messgrößen sowie deren zeitliche Entwicklung können zur Überwachung des Betriebszustands der Werkzeugmaschine herangezogen werden.
