DE10303005A1

DE10303005A1 - Betriebsdatenerfassungseinheit für Elektrohandwerkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE10303005A1
Application number: DE2003103005
Authority: DE
Inventors: Christoph Würsch; Roland Schaer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Eine Betriebsdatenerfassungseinheit (2), welche als Mikrocontroller für die zeitgenaue Erfassung und Speicherung von verschleißenden Einwirkungen zugeordneten Betriebsparametern (9) ausgebildet ist, die zur Abschätzung einer Restlebenszeit auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie für eine Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem Neigungssensor (4) zur Erfassung zumindest einer Raumneigung der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) als Betriebsdatenparameter (9) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezeichnet eine Betriebsdatenerfassungseinheit für Elektrohandwerkzeugmaschinen wie Bohrhämmer, Stichsägen, etc.
Insbesondere im Bauhaupt- und Nebengewerbe eingesetzte Elektrohandwerkzeugmaschinen werden unterschiedlich hart beansprucht, wodurch sich eine unterschiedliche Lebensdauer der Maschine selbst bzw. wesentlicher Komponenten ergibt. Um diesen Umstand bei der Finanzierung, dem Service und den freiwilligen Zusatzleistungen wie Werksgarantien berücksichtigen zu können, ist eine Erfassung der realen Nutzungsbeanspruchung notwendig, aus welcher sich auf eine Restlebenszeit schliessen lässt. Insbesondere das Eindringen von Abrieb der bearbeitenden Werkstücke in die Elektrohandwerkzeugmaschine stellt eine harte Beanspruchung dar.

Nach der DE19716520 weist eine stationäre Elektromaschine eine Betriebsdatenerfassungseinheit in Form eines Mikrocontrollers für die zeitgenaue Erfassung und Speicherung von verschleissenden Einwirkungen auf die Elektromaschine auf, wobei die Anzahl der Motoranläufe, die Betriebsstunden, die elektrische Leistungsaufnahme, die Temperatur und weitere Betriebsdatenparameter zur Abschätzung der Restlebenszeit erfasst werden. Die Besonderheiten handgeführter Elektrohandwerkzeugmaschinen sind dabei nicht berücksichtigt. Insbesondere ist bei stationären Geräten die Raumlage fixiert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer Betriebsdatenerfassungseinheit, welche die Besonderheiten handgeführter Elektrohandwerkzeugmaschinen berücksichtigt.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Wesentlichen weist eine Elektrohandwerkzeugmaschine eine Betriebsdatenerfassungseinheit in Form eines Mikrocontrollers für die zeitgenaue Erfassung und Speicherung von, verschleissenden Einwirkungen auf die Elektrohandwerkzeugmaschine zugeordneten, Betriebsdatenparametern auf, die zur Abschätzung einer Restlebenszeit auswertbar sind, wobei die Betriebsdatenerfassungseinheit mit einem Neigungssensor zur Erfassung zumindest einer Raumneigung der Elektrohandwerkzeugmaschine als Betriebsdatenparameter verbunden ist.

Durch die Erfassung zumindest einer Raumneigung der Elektrohandwerkzeugmaschine als Betriebsdatenparameter ist stets zumindest die Raumneigung der Arbeitsachse der Elektrohandwerkzeugmaschine zur Schwerkraft bestimmbar, welche wesentlich für die Anhäufung von Abrieb der bearbeitenden Werkstücke am Dichtmittel der Arbeitsachse ist, die somit zu einem geringen Teil durch die Dichtmittel der Arbeitsachse hindurch in das Maschineninnere gelangen und dort wesentlich zur Reduzierung der Restlebenszeit beitragen. Die Neigung stellt somit einen der, möglicherweise den wichtigsten, Betriebsdatenparameter zur Abschätzung der Restlebenszeit einer Elektrohandwerkzeugmaschine dar.

Vorteilhaft ist der Neigungssensor ein Mehrachsenneigungssensor, wodurch sich die Neigungen zu zwei oder weiter vorteilhaft allen drei Raumachsen direkt bestimmen lassen.

Vorteilhaft ist der Neigungssensor ein zweiachsiger auf thermischer Konvektion basierender und in CMOS-Technologie vollständig integrierter Beschleunigungssensor (z.B. MEMSIC MXR2312GW). Diese Art von Beschleunigungssensoren sind im Vergleich zu den auf einer, ‚seismischen Masse' basierenden Beschleunigungssensoren viel robuster gegen Schocks. Ausserdem sind sie sehr neigungsempfindlich und daher für die Neigungsmessung prädestiniert. Da sie vollständig in CMOS-Technologie gefertigt werden können, sind sie im Vergleich zu den mittels Mikrosystem-Technik gefertigten Beschleunigungssensoren viel kostengünstiger.

Vorteilhaft ist der Neigungssensor ein diskreter Kontaktschalter, bspw. mit einem Quecksilberkontaktschalter, wodurch sich ein besonders verschleissintensiver Neigungsbereich direkt und kostengünstig erfassen lässt.

Vorteilhaft ist die Betriebsdatenerfassungseinheit mit einem Vibrationssensor zur Erfassung der Vibrationen eines Getriebegehäuses der Elektrohandwerkzeugmaschine als Betriebsdatenparameter verbunden, wodurch Schäden im Getriebe frühzeitig erkannt werden können und entsprechende Massnahmen wie z.B. ein Service eingeleitet werden können.

Vorteilhaft ist die Betriebsdatenerfassungseinheit mit einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur eines Getriebegehäuses der Elektrohandwerkzeugmaschine als Betriebsdatenparameter verbunden, wodurch die Auswirkungen des eingedrungenen Abriebs auf die Erhöhung des Getriebeverschleisses direkt messbar sind.

Vorteilhaft ist die Betriebsdatenerfassungseinheit mit einem Stromsensor zur Erfassung der elektrischen Leistungsaufnahme der Elektrohandwerkzeugmaschine als Betriebsdatenparameter verbunden, wodurch das mechanische Lastmoment, welches durch hohe Kontaktkräfte im Getriebe den Verschleiss zusätzlich erhöht, direkt messbar ist. Zudem ist über das zeitliche Mittel des mechanischen Lastmoments der Nutzertyp bezüglich Nutzleistungsklassen klassifizierbar.

Vorteilhaft ist die Betriebsdatenerfassungseinheit mit einer, weiter vorteilhaft drahtlosen, Datenübertragungsschnittstelle verbunden, wodurch sich die Betriebsdatenparameter und/oder die abgeschätzte Restlebensdauer in ein externes Datenverarbeitungsmittel auslesen lässt.

Vorteilhaft dient der Neigungssensor zudem dazu, dem Anwender die Bohrrichtung, weiter vorteilhaft die horizontale und die vertikalen Richtung, anzuzeigen oder akustisch mitzuteilen, wodurch der Nutzer diesbezüglich unterstützt wird..

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit einer Darstellung als Elektrohandwerkzeugmaschine mit Betriebsdatenerfassungseinheit.
Nach der Darstellung weist eine Elektrohandwerkzeugmaschine 1 eine Betriebsdatenerfassungseinheit 2 auf, welche als Mikrocontroller mit einem Uhrmodul 3 ausgebildet ist. Die Betriebsdatenerfassungseinheit 2 ist mit einem Neigungssensor 4 zur Erfassung der Raumneigung der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 verbunden. Zusätzlich ist die Betriebsdatenerfassungseinheit 2 mit einem Temperatursensor 5 zur Erfassung der Temperatur eines Getriebegehäuses 6, einem Vibrationssensor 14 zur Erfassung von Getriebeschäden und mit einem Stromsensor 7 zur Erfassung der elektrischen Leistungsaufnahme eines von einer Steuerelektronik 15 geregelten Elektromotors 8 verbunden. Die Betriebsdatenerfassungseinheit 2 ist weiterhin zur Auslesung der Betriebsdatenparameter 9 mit einer drahtlosen Datenübertragungsschnittstelle 10 in Form eines Transponders verbunden. Der Neigungssensor 4 ist in Form eines zweiachsigen auf der thermischen Konvektion basierenden Beschleunigungssensors zur Erfassung des besonders verschleissintensiven Raumneigungsbereichs ausgebildet, bei welchem die Richtung der Arbeitsachse A der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 im Winkelbereich bis 30° entgegengesetzt zur Schwerkraft S orientiert ist. Der bei dieser Raumneigung auf die Werkzeugaufnahme 11 hinunter fallende Abrieb 12 kann in geringen Mengen durch die Dichtmittel 13 der Arbeitsachse A in das Getriebegehäuses 6 eindringen.
Zur Erfassung des Getriebezustands der Elektrohandwerkzeugmaschine wird der RMS-Wert (root mean square) der Beschleunigung in einem ausgewählten Intervall innerhalb eines Frequenzbereichs von 100 Hz bis 20 kHz vom Vibrationssensor erfasst und vom Mikrocontroller analysiert. Über die bekannte Rotordrehzahl und das entsprechende Übersetzungsverhältnis die Zahneingriffsfrequenzen der Zahnräder werden die Umlauffrequenzen der Kugeln oder Rollen von Lagern im Getriebe berechnet, welche sich als deutliche Peaks im Fourier- oder Power Density-Spektrum der Vibrationen bemerkbar machen. Ist ein Zahn geschädigt oder ein Teil eines Lagers defekt, so äussert sich dies in der Nähe des Hauptpeaks als ein Satelliten-Peak, welcher durch Signalverarbeitungsalgorithmen im Mikrocontroller detektierbar ist und ab einer gewissen Schadentiefe zu einer Serviceanzeige führt, welche den Anwender ermahnt, die Elektrohandwerkzeugmaschine in den Service zu bringen. Zudem meldet sich die Elektrohandwerkzeugmaschine über die drahtlose Datenschnittstelle bei der nächsten Datenverbindung selbst zum Service an (remote maintenance).

Claims

Betriebsdatenerfassungseinheit, welche als Mikrocontroller für die zeitgenaue Erfassung und Speicherung von, verschleissenden Einwirkungen zugeordneten, Betriebsdatenparametern (9) ausgebildet ist, die zur Abschätzung einer Restlebenszeit auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie für eine Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem Neigungssensor (4) zur Erfassung zumindest einer Raumneigung der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) als Betriebsdatenparameter (9) verbunden ist.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (4) ein Mehrachsenneigungssensor ist.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (4) ein ein- oder zweiachsiger Beschleunigungssensor, optional ein auf thermischer Konvektion und Wärmetransport basierender Beschleunigungssensor.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (4) ein diskreter Kontaktschalter ist, optional ein Quecksilberkontaktschalter.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Temperatursensor (5) zur Erfassung der Temperatur eines Getriebegehäuses (6) der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) als Betriebsdatenparameter (9) verbunden ist.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Vibrationssensor (14) zur Erfassung der Getriebevibrationen eines Getriebegehäuses (6) der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) als Betriebsdatenparameter (9) verbunden ist.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Stromsensor (7) zur Erfassung der elektrischen Leistungsaufnahme der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) als Betriebsdatenparameter (9) verbunden ist.
Betriebsdatenerfassungseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer, optional drahtlosen, Datenübertragungsschnittstelle (10) verbunden ist.