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Die Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einer Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 027 981 ist eine Werkzeugmaschine mit einer Sensorvorrichtung bekannt, wobei die Sensorvorrichtung ein Klemmen des Einsatzwerkzeuges detektiert. Das Klemmen des Einsatzwerkzeuges ist eine Fehlfunktion, die im normalen Betrieb der Handwerkzeugmaschine auftritt. Nachteil dieser Sensorvorrichtung ist, dass keine durch das Einsatzwerkzeug selbst ausgelöste Fehlfunktion, detektiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass nicht nur eine Fehlfunktion, die durch den Betrieb der Handwerkzeugmaschine ausgelöst wird, erkannt wird, sondern auch eine Fehlfunktion, die durch ein beschädigtes oder fehlerhaftes Bearbeitungswerkzeug ausgelöst wird.
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Unter „Fehlfunktion“ soll insbesondere eine Funktion verstanden werden, die nicht der Funktion der Handwerkzeugmaschine im Normalbetrieb entspricht.
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Unter „Normalbetrieb“ soll hier insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine innerhalb ihrer Auslegungsparameter benutzt wird.
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Vorteilhafterweise ist eine Handwerkzeugmaschine mit mindestens einem elektromotorischen Antrieb ausgestattet, der ein Bearbeitungswerkzeug antreibt. Es wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Sensorvorrichtung mindestens einen Wert erfasst, der ein fehlerbehaftetes Bearbeitungswerkzeug oder eine durch ein fehlerbehaftetes Bearbeitungswerkzeug ausgelöste Fehlfunktion anzeigt und in einen die Fehlfunktion betreffenden Parameter umwandelt.
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Unter einem fehlerhaften Bearbeitungswerkzeug soll insbesondere ein Bearbeitungswerkzeug verstanden werden, welches sichtbar oder unsichtbar beschädigt ist, Materialschäden aufweist oder auch auf eine nicht geeignete Handwerkzeugmaschine montiert ist.
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Unter sichtbar soll verstanden werden, dass ein Anwender der Handwerkzeugmaschine ohne Zuhilfenahme optischer Hilfsmittel eine Beschädigung des Bearbeitungswerkzeuges optisch wahrnimmt. Unsichtbar bedeutet, dass eine Beschädigung des Bearbeitungswerkzeuges nicht mit bloßem Auge, sondern unter Zuhilfenahme optischer und/oder anderer Hilfsmittel wahrzunehmen ist.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Handwerkzeugmaschine nach dem Anspruch 1 möglich.
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Vorteilhafterweise ist das Bearbeitungswerkzeug mindestens eine Schleifscheibe. Es ist aber auch denkbar, dass das Bearbeitungswerkzeug eine Schruppscheibe, eine Trennscheibe oder ein Sägeblatt ist.
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Vorteilhafterweise ist die Sensorvorrichtung in einem ersten Gehäuse angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Sensorvorrichtung in einer Steuer- und/oder Regeleinheit integriert. Dabei ist es vorteilhafterweise möglich, die Sensorvorrichtung beliebig im ersten Gehäuse anzuordnen.
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Unter dem „ersten Gehäuse“ soll insbesondere das umhüllende Gehäuse der Handwerkzeugmaschine verstanden werden. Zusätzlich können weitere Gehäuse existieren, beispielsweise ein Gehäuse der Steuer- und/oder Regeleinheit.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit ebenfalls im ersten Gehäuse angeordnet ist. Die Steuer- und/oder Regeleinheit enthält mindestens eine Elektronik, deren Aufgabe unter anderem das Bestromen des elektromotorischen Antriebs ist.
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Unter einer Steuer- und/oder Regeleinheit soll eine Bauteileinheit verstanden werden, die den die Fehlfunktion betreffenden Parameter auswertet und der Fehlfunktion über eine Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs entgegen wirkt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird ein Bersten des Bearbeitungswerkzeuges beziehungsweise einen durch ein fehlerbehaftetes Bearbeitungswerkzeug verursachter unrunder Lauf erkannt.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Sensorvorrichtung mindestens einen Beschleunigungssensor aufweist, der Beschleunigungswerte erfasst. Dadurch können Vibrationen, die durch ein fehlerhaftes Einsatzwerkzeug ausgelöst werden, als Beschleunigungswert wirksam erfasst und als Beschleunigungsparameter ausgewertet werden.
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Unter einem Beschleunigungswert soll insbesondere ein Wert verstanden werden, der eine Beschleunigung in m/s2 anzeigt. Unter einem Beschleunigungsparameter soll eine von der Sensorvorrichtung ausgegebene elektrische Spannung oder ein elektronisches Signal verstanden werden.
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Vorteilhafterweise misst der Beschleunigungssensor unabhängig seiner Positionierung im ersten Gehäuse zu jedem Zeitpunkt den gleichen Beschleunigungswert. Dies geschieht insbesondere bei einer linearen Bewegung der Handwerkzeugmaschine entlang einer Achse der Handwerkzeugmaschine.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform errechnet die Steuer- und/oder Regeleinheit aus einem Sollwert-Istwert-Vergleich des Beschleunigungsparameters mindestens ein Ansteuersignal für den elektromotorischen Antrieb.
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Vorteilhafterweise wird bei einem Überschreiten eines Grenzwertes des Beschleunigungswertes eine Leistungsaufnahme des elektromotorischen Antriebs reduziert, wobei insbesondere eine Drehzahl des elektromotorischen Antriebs gegebenenfalls bis zum Stillstand der Handwerkzeugmaschine verringert wird. Somit kann der Anwender der Handwerkzeugmaschine vor möglichen Gefährdungen, die von einem fehlerhaften Bearbeitungswerkzeug ausgehen, geschützt werden, indem die Handwerkzeugmaschine abgeschaltet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Handwerkzeugmaschine mit Hilfe eines Bremssystems aktiv abgebremst wird.
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Der Grenzwert des Beschleunigungswertes ergibt sich aus einer Überhöhung des im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine auftretenden Beschleunigungswertes.
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Die Überhöhung des Beschleunigungswertes liegt bevorzugt zwischen 5% und 100%, besonders aber zwischen 15% und 60%, ganz besonders aber zwischen 20% und 40% des im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine auftretenden Beschleunigungswertes.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung mindestens ein Drehratensensor, der eine Rotationsbewegung erfasst. Dadurch kann eine Drehrate des ersten Gehäuses, die durch ein fehlerhaftes Einsatzwerkzeug ausgelöst werden kann, wirksam erfasst und als Rotationsparameter ausgewertet werden. Unter einem Rotationsparameter soll eine von der Sensorvorrichtung ausgegebene elektrische Spannung oder ein elektronisches Signal verstanden werden.
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Der Rotationsparameter gibt an, wie viele Winkelgrade sich das erste Gehäuse pro Sekunde um eine sensitive Achse dreht.
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Besonders vorteilhaft ist die Handwerkzeugmaschine als Winkelschleifer ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die Handwerkzeugmaschine als Trennschleifer, Exzenterschleifer, Kreissäge oder dergleichen ausgebildet ist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine dargestellt.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine mit einer Sensorvorrichtung
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine mit berstendem Bearbeitungswerkzeug
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine mit berstendem Bearbeitungswerkzeug
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Beschreibung
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1 zeigt eine Handwerkzeugmaschine 10, die im Ausführungsbeispiel vorzugsweise als Winkelschleifer dargestellt ist. Ein elektromotorischer Antrieb 12 umfasst üblicherweise einen Elektromotor, der eine Abtriebswelle 14 antreibt. Die Abtriebswelle 14 ist über ein Getriebe 15 mit einer Werkzeugspindel 16 verbunden. Die Werkzeugspindel 16 trägt ein Bearbeitungswerkzeug 18. Eine Steuer- und/oder Regeleinheit 20 wird durch ein erstes Gehäuse 24 der Handwerkzeugmaschine 10 aufgenommen. Eine Sensorvorrichtung 26 stellt einen Parameter bereit, der eine Fehlfunktion, ausgelöst durch ein fehlerbehaftetes Bearbeitungswerkzeug 18, anzeigt.
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Das Bearbeitungswerkzeug 18 ist eine Schleif-, Schrupp- oder Trennscheibe, wie sie beispielsweise in Winkelschleifern eingesetzt werden.
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Die Sensorvorrichtung 14 ist im ersten Gehäuse 24 angeordnet. Dabei ist die Sensorvorrichtung 14 in der Steuer- und/oder Regeleinheit 20 integriert. Für die Funktion der Sensorvorrichtung 26 ist die räumliche Lage derselben jedoch in der Handwerkzeugmaschine 10 grundsätzlich beliebig.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 20 enthält unter anderem eine Elektronik 22, die den elektromotorischen Antrieb 12 bestromt.
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Eine Fehlfunktion wird bei einem Bersten des Bearbeitungswerkzeuges 18, wie in 2 dargestellt, ausgelöst. Ein Segment 28 des Bearbeitungswerkzeuges 18 löst sich aus dem Bearbeitungswerkzeug 18. Dieser Vorgang passiert bei hohen Drehzahlen an der Werkzeugspindel 16. Je nach Größe der Handwerkzeugmaschine kann die Drehzahl an der Werkzeugspindel 16 bis zu ca. 12 000 Umdrehungen pro Minute betragen. Für ein Bearbeitungswerkzeug 18 mit einem Durchmesser von 125 mm bedeutet dies beispielsweise, dass das Bearbeitungswerkzeug 18 mit einer Geschwindigkeit von 80 m/s umläuft. Löst sich, wie in 2 dargestellt, das Segment 28 des Bearbeitungswerkzeuges in einer, einer Schutzhaube 30 abgewandten Richtung 32, entsteht eine Unwucht durch die ungleiche Masseverteilung des Bearbeitungswerkzeuges 18. Diese Unwucht verursacht Vibrationen, die sich in der Handwerkzeugmaschine 10 bis zum ersten Gehäuse 24 fortpflanzen.
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Eine Fehlfunktion wird ebenfalls ausgelöst, wenn ein fehlerbehaftetes Bearbeitungswerkzeug 18 einen unrunden Lauf durch Unwucht des Bearbeitungswerkzeugs 18 verursacht. Ein unrunder Lauf tritt beispielsweise bei beschädigtem Bearbeitungswerkzeug 18 auf. Beschädigungen können mit bloßem Auge sichtbar, aber auch unsichtbar sein.
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Ein unrunder Lauf tritt ebenfalls auf, wenn die Größe und/oder der Durchmesser und/oder das Gewicht des Bearbeitungswerkzeuges 18 von der Größe und/oder dem Durchmesser und/oder dem Gewicht des vom Hersteller der Handwerkzeugmaschine 10 empfohlenen Bearbeitungswerkzeuges 18, abweicht.
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In all den genannten Fällen treten in der Handwerkzeugmaschine 10 Vibrationen auf, die über einen im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine 10 liegenden Grenzwert der Vibration liegen. Vibrationen sind Effektivwerte einer frequenzbewerteten Beschleunigung in jede räumliche Richtung und werden in m/s2 angeben.
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Die Sensorvorrichtung 26 weist einen Beschleunigungssensor auf. Der Beschleunigungssensor erfasst einen Beschleunigungswert in allen drei Raumachsen x, y und z im ersten Gehäuses 24. In Abhängigkeit der Größe des Beschleunigungswertes wird ein Beschleunigungsparameter ausgegeben. Der Beschleunigungsparameter ist als eine elektrische Spannung und/oder als ein elektronisches Signal ausgebildet. Der Beschleunigungsparameter beschreibt, wie hoch der Effektivwert der frequenzbewerteten Beschleunigung im ersten Gehäuse 24 ist. Es ist aber auch denkbar, dass der Beschleunigungssensor den Beschleunigungswert nur in einer Raumachse oder in zwei Raumachsen misst.
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Bei einer Bewegung der Handwerkzeugmaschine 10 entlang einer Achse 27 misst der Beschleunigungssensor unabhängig seiner Positionierung im ersten Gehäuse 24 oder in der Handwerkzeugmaschine 10 zu jedem Zeitpunkt den gleichen Wert des Vibrations- beziehungsweise des Beschleunigungswertes. Existiert neben einer translatorischen Bewegung der Handwerkzeugmaschine 10 eine rotatorische Bewegung, variieren die innerhalb der Handwerkzeugmaschine 10 gemessenen Beschleunigungswerte.
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In einer Handwerkzeugmaschine 10 treten Vibrationen auch im Normalbetrieb auf. Das heißt, es werden auch dann Beschleunigungswerte gemessen, wenn das richtige Bearbeitungswerkzeug 18 im unbeschädigtem Zustand auf der Werkzeugspindel 16 montiert ist und die Handwerkzeugmaschine 10 in einem für sie ausgelegten Betrieb arbeitet.
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Bei Auftreten der Fehlfunktion, übersteigt der Beschleunigungswert einen Grenzwert. Der Grenzwert des Beschleunigungswertes ergibt sich aus einer Überhöhung des im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine auftretenden Beschleunigungswertes. Die Überhöhung des Beschleunigungswertes liegt zwischen 5% und 100%, besonders aber zwischen 15% und 60%, ganz besonders aber zwischen 20% und 40% des im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine auftretenden Beschleunigungswertes.
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In Abhängigkeit der Größe des Beschleunigungswertes gibt der Beschleunigungssensor den Beschleunigungsparameter aus.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 20 errechnet aus einem Sollwert-Istwert-Vergleich des vom Beschleunigungssensor ausgegebenen Beschleunigungsparameters ein Ansteuersignal für den elektromotorischen Antrieb 12. Tritt eine Überhöhung des im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine 10 auftretenden Beschleunigungswertes um 5% bis 100%, besonders zwischen 15% und 60%, ganz besonders aber zwischen 20% und 40% auf, wird die Leistungsabgabe an den elektromotorischen Antrieb 12 reduziert und eine Drehzahl des elektromotorischen Antriebs 12 gegebenenfalls bis zum Stillstand verringert beziehungsweise abgebremst. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 20 ist so ausgelegt, dass sie im Falle variierender, innerhalb der Handwerkzeugmaschine 10 gemessenen Beschleunigungswerte, einer Überhöhung der im Normalbetrieb der Handwerkzeugmaschine 10 auftretenden Beschleunigungswerte sicher entgegen wirkt.
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Die Sensorvorrichtung 26 kann aber auch einen Drehratensensor aufweisen. In dem Fall ist der gemessene und überwachte Parameter ein Rotationswert und der vom Drehratensensor abgegebene Parameter ein Rotationsparameter.
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Der Drehratensensor erfasst eine Drehrate des ersten Gehäuses. Der Drehratensensor stellt in Abhängigkeit einer Rotationsbewegung des ersten Gehäuses einen Rotationsparameter bereit. Der Rotationsparameter ist als eine elektrische Spannung und/oder als ein elektronisches Signal ausgebildet. Der Rotationsparameter beschreibt, um wie viele Winkelgrade sich das erste Gehäuse 24 pro Sekunde um eine Drehachse dreht.
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Ein Bersten des Bearbeitungswerkzeuges 18 kann auch, wie in 3 ersichtlich, durch Lösen eines Segments 28 der Schutzhaube 30 in einer der Schutzhaube 30 zugewandten Richtung erfolgen. Schlägt das Segment in die Schutzhaube 30 ein, wird eine Einschlagenergie sensorisch erfasst.
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In den Ausführungsbeispielen ist die Handwerkzeugmaschine als Winkelschleifer ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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