DE10318798A1

DE10318798A1 - Bohrgerät mit automatischer Lageerkennung

Info

Publication number: DE10318798A1
Application number: DE2003118798
Authority: DE
Inventors: Andreas Strasser; Markus Leupert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-26
Also published as: GB2400811A; DE10318798B4; GB0408999D0; CN1539584A; GB2400811B; CN100455389C

Abstract

Die Erfindung betifft ein Bohrgerät (2), insbesondere eine handgeführte Schlagbohrmaschine oder einen handgeführten Bohrhammer mit elektrischem Antriebsmotor. Es ist vorgesehen, dass das Bohrgerät (2) einen Sensor (24) zur Erfassung der Ausrichtung einer Bohrachse (B) und eine Sensorik (26, 28) zur Erfassung mindestens eines Bohrbetriebsparameters aufweist, sowie eine Einrichtung (52) zur Auswertung von Ausgangssignalen des Sensors (24) und der Sensorik (26, 28) und zur Veränderung einer Bewegung eines Bohrwerkzeugs (10) des Bohrgeräts (2) ansprechend auf die Auswertung der Ausgangssignale.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät, insbesondere eine handgeführte Schlagbohrmaschine oder einen handgeführten Bohrhammer mit elektrischem Antriebsmotor.

Derartige handgeführte Elektrowerkzeuge oder Bohrwerkzeuge in Form von Schlagbohrmaschinen und Bohrhämmern sind wohlbekannt und werden sowohl für den professionellen Bedarf als auch für den Heimwerkerbedarf in großen Stückzahlen verkauft. Mit dieser Art von handgeführten Bohrgeräten wird in der Regel Mauerwerk, Beton oder Stein gebohrt, wobei sowohl vertikal als auch horizontal gebohrt werden kann. Zum Bohren werden gewöhnlich Bohrwerkzeuge in Form von sogenannten Spiralbohrern benutzt, die eine entlang des Bohrwerkzeugs verlaufende schraubenlinienförmige Drallnut besitzen, durch welche das von der Bohrwerkzeugspitze im Bohrloch gelöste Bohrklein oder Bohrmehl aus dem Bohrloch herausgefördert wird.

Wenn mit solchen Bohrgeräten senkrecht oder schräg nach unten gebohrt wird, wird das im Bohrloch gelöste Bohrklein oder Bohrmehl langsamer als beim horizontalen Bohren oder beim Bohren vertikal nach oben vom Bohrwerkzeug durch die Drallnut zur Bohrlochmündung gefördert. Dies führt dazu, dass der auf das Bohrwerkzeug einwirkende Drehwiderstand im Bohrloch und damit der Energieverbrauch für den Bohrvorgang ansteigt. Unter ungünstigen Umständen kann es sogar zu einem Festsetzen oder Blockieren des Bohrwerkzeugs im Bohrloch kommen, was bei Unachtsamkeit des Bedieners des Bohrgeräts dazu führen kann, dass sich das letztere dreht und aus dem Griff löst, wodurch nicht selten Verletzungen des Bedieners verursacht werden.

Wenn mit solchen Bohrgeräten andererseits durch eine Wand oder ein anderes Werkstück aus Beton oder Stein hindurch gebohrt wird, kommt es beim Austritt des Bohrwerkzeugs aus der Wand oder dem Werkstück nicht selten um das Bohrloch herum zu einem Abplatzen von größeren Stücken des Betons oder Steins, das in der Regel unerwünscht ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass beim Bohren nach unten ein Festsetzen des Bohrers und somit das dadurch für den Bediener entstehende Verletzungsrisiko vermieden wird. Durch den Sensor zur Erfassung der Ausrichtung der Bohrachse des Bohrgeräts ist es möglich, festzustellen, ob im Wesentlichen nach unten oder im Wesentlichen horizontal gebohrt wird, während es die Sensorik zur Erfassung mindestens eines Bohrbetriebsparameters, zum Beispiel der Drehzahl oder des Drehmoments des Bohrgeräts ermöglich, Veränderungen des Verhaltens des Bohrgeräts im Betrieb zu erfassen, so dass die Ausgangssignale der Sensorik, die für diese Veränderungen bezeichnend sind, unter Berücksichtigung der Signale vom Sensor ausgewertet werden können, um ansprechend auf die Auswertung der Ausgangssignale die Bewegung des Bohrwerkzeugs zu verändern. Diese Veränderung kann zum Beispiel darin bestehen, dass ein Schlagwerk des Bohrgeräts zeitweilig abgeschaltet wird, wenn die Sensorik einen Anstieg des Drehwiderstands und der Sensor eine vertikal oder steil nach unten geneigte Ausrichtung der Bohrachse anzeigt, was von der Auswerteschaltung als Anzeichen für eine ungenügende Abförderung von Bohrklein oder Bohrmehl aus dem Bohrloch angesehen wird, oder darin, dass die Drehzahl des Antriebsmotors des Bohrgeräts verringert wird, wenn die Sensorik einen Abfall des Drehwiderstands feststellt und der Sensor eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung des Bohrlochs anzeigt, was von der Auswerteschaltung als Anzeichen für einen unmittelbar bevorstehenden Austritt des Bohrwerkzeugs aus einer Wand nach deren Durchbohren gedeutet wird.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor zur Erfassung der Ausrichtung der Bohrachse des Bohrgeräts ein Neigungssensor oder mindestens ein sogenannter Beschleunigungssensor ist, mit dessen Hilfe von der Auswerteschaltung die Ausrichtung des Bohrgeräts vor Beginn oder während des Bohrens erkannt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensorik zur Erfassung von Parametern des Bohrbetriebs einen Drehzahlsensor umfasst, der als Parameter die momentane Drehzahl des Bohrwerkzeugs oder eines Antriebsmotors des Bohrgeräts abgreift und mit einer vorgegebenen Mindestdrehzahl oder einem kurz zuvor abgegriffenen Drehzahlwert vergleicht, um Veränderungen der Drehzahl zu erfassen, die zum Beispiel ein Anzeichen für ein bevorstehendes Festsetzen des Bohrwerkzeugs oder einen unmittelbar bevorstehenden Durchbruch desselben durch eine Wand sind. Da die Drehzahl des Bohrwerkzeugs bei den meisten Bohrgeräten zur Anpassung an unterschiedliche Bohrwerkzeugdurchmesser und Werkstückmaterialien einstellbar ist, ist die oben genannte vorgegebene Mindestdrehzahl zweckmäßig von der eingestellten Drehzahl abhängig. Alternativ könnte auch ein Drehmomentsensor verwendet werden, wobei in diesem Fall die Auswerteeinrichtung zweckmäßig das vom Drehmomentsensor erfasste Drehmoment mit einem kurz zuvor vom Sensor erfassten Drehmomentwert vergleicht. Grundsätzlich wäre auch ein Vergleich mit einem vorgegebenen Drehmomentwert denkbar, jedoch müsste das Bohrgerät dann eine Einrichtung zum Eingeben oder Messen des Durchmessers des Bohrwerkezugs aufweisen, da das gemessene Drehmoment stark von diesem abhängig ist.

Hingegen eignet sich ein Drehmomentsensor besonders gut zur Feststellung eines unmittelbar bevorstehenden Durchbruchs des Bohrwerkzeugs durch eine Wand oder dergleichen, da es bereits kurz vor dem Durchbruch zu einer spürbaren Reduzierung des Widerstanddrehmoments des Bohrwerkzeugs kommt. Durch Vergleich des momentanen Drehmoments am Antriebsmotor, oder alternativ der vom Drehmoment abhängigen Strom- oder Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Bohrgeräts mit einem kurz zuvor ermittelten Drehmoment kann dieser Drehmomentabfall festgestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Schlagbohrmaschine;

2 eine vergrößerte Ansicht eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei einer vertikaler Ausrichtung der Bohrachse der Schlagbohrmaschine;

3 eine vergrößerte Ansicht eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei schräger Ausrichtung der Bohrachse;

4 eine vergrößerte Ansicht eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei horizontaler Ausrichtung der Bohrachse;

5 ein Blockschaltbild von Komponenten der Schlagbohrmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in der Zeichnung dargestellte Schlagbohrmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 4 mit einem Griffteil 6, einem über das Gehäuse 4 überstehenden Bohrfutter 8 zum Einspannen eines Bohrers oder eines anderen Bohrwerkzeugs 10.
Wie bei den meisten handelsüblichen Schlagbohrmaschinen ist das Gehäuse 4 am Griffteil 6 mit einem Ein-/Aus-Schalter 12, einem in den Ein-/Aus-Schalter 12 integrierten Stellrad 14 zur Einstellung der Drehzahl des Bohrfutters 8, einem Feststellknopf 16 für den Dauerbetrieb der Bohrmaschine 2 und einem Schalter 18 zur Umschaltung der Drehrichtung des Bohrfutters 8 versehen. Auf der Oberseite des Gehäuses 4 befindet sich ein Schiebeschalter 20 zur Umschaltung von reinem Bohrbetrieb auf Schlagbohrbetrieb und umgekehrt. Das Gehäuse 4 umschließt einen elektrischen Antriebsmotor und ein Getriebe (nicht dargestellt) und ist zur Belüftung des Motors an seinen Seitenflächen und auf seiner Oberseite mit Lüftungsschlitzen 22 versehen.
Neben dem Motor und dem Getriebe umschließt das Gehäuse weiter einen Neigungssensor 24 zur Erfassung der Ausrichtung einer Bohrachse des Bohrwerkzeugs 10, einen Drehzahlsensor 26 zur Messung der Drehzahl des Bohrwerkzeugs 10 oder des Antriebmotors der Bohrmaschine 2, sowie einen Drehmomentsensor 28 zur Erfassung des von einem Werkstück auf das Bohrfutter und den Antriebsmotor ausgeübten Widerstandsdrehmoments, von denen in 1 nur der Neigungssensor 24 schematisch dargestellt ist.
Wie am besten in 2 dargestellt, besteht dieser Neigungssensor 24 aus einem geschlossenen Gehäuse 30, beispielsweise einer Ampulle aus Glas, das etwa zu einem Viertel mit Quecksilber oder einer anderen elektrisch leitenden Flüssigkeit 32 gefüllt ist. Das Gehäuse 30 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine zu einer Bohr achse B der Bohrmaschine 2 parallele Achse A und weist an seinem dem Bohrfutter 8 zugewandten Ende einen nach außen zu konisch verjüngten Vorsprung 34 auf. In das Gehäuse 30 münden insgesamt vier Kontakte 36, 38, 40, 42. Drei der Kontakte 36, 40, 42 sind drahtförmig ausgebildet und so in eine Wand 44 des Gehäuses 30 eingeschweißt, dass ihren freien Enden ins Gehäuseinnere münden. Von diesen drei Kontakten 36, 40, 42 ist der erste 36 am äußersten Ende des verjüngten Vorsprungs 34 angeordnet, während die beiden anderen an entgegengesetzten Stirnenden 46, 48 des Gehäuses 30 angeordnet sind, und zwar beide auf der zum Griffteil 6 der Bohrmaschine 2 benachbarten Seite des Gehäuses 30. Der vierte Kontakt 38 ist ringförmig ausgebildet, umgibt die Innenseite des konischen Vorsprungs 34 und ist über einen in die Wand 44 des Gehäuses 30 eingeschweißten Verbindungsdraht 50 nach außen geführt.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der erste und der vierte Kontakt 36, 38 immer dann durch die leitende Flüssigkeit 30 elektrisch verbunden sind, wenn die Bohrachse B der Bohrmaschine 2 unter einem Winkel von mehr als 45 Grad zur Horizontalen H ausgerichtet ist, wie in 2 für einen Winkel von 90 Grad dargestellt. Wenn die Bohrachse B hingegen flacher als 45 Grad geneigt ist, fließt die Flüssigkeit 32 vollständig aus dem überstehenden Vorsprung 34 heraus und unterbricht die Verbindung zwischen dem ersten und vierten Kontakt 36, 38, wie in 3 für einen Winkel von 30 Grad dargestellt. Der zweite und der dritte Kontakt 40, 42 hingegen sind immer dann durch die elektrisch leitende Flüssigkeit 32 verbunden, wenn die Bohrachse BA unter einem Winkel von weniger als 15 bis 20 Grad zur Horizontalen H ausgerichtet ist und der Griffteil 6 der Bohrmaschine 2 nach unten weist, wie in 4 für einen Winkel von 0 Grad dargestellt.
Wie am besten in 5 dargestellt, sind die vier Kontakte 36, 38, 40, 42 mit einer Auswerteschaltung 52 verbunden, wobei die Kontakte 36 und 40 weiter mit einer Stromquelle 58 verbunden sind, so dass durch ein Stromsignal an den Kontakten 38, 42 in der Auswerteschaltung 52 festgestellt werden kann, ob eines der beiden Paare von Kontakten 36, 38 bzw. 40, 42 gemeinsam in die Flüssigkeit 32 eintaucht und damit eine der beiden zuvor beschriebenen Ausrichtungen der Bohrmaschine 2 signalisiert. Die Auswerteschaltung 52 ist mit einer Steuerung 54 für den Antriebsmotor der Bohrmaschine 2 verbunden, die in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung in der Auswerteschaltung 52 eine Abschaltung bzw. Zuschaltung eines Schlagwerks (nicht dargestellt) der Bohrmaschine 2 bzw. eine Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors ermöglicht.
An Stelle des oben beschriebenen Neigungssensors 24 kann auch ein sogenannter linearer Beschleunigungssensor mit mehreren Wirkachsen verwendet werden, der an Stelle der elektrisch leitenden Flüssigkeit bewegliche Kugeln enthält, deren von der Ausrichtung der Bohrachse B abhängige Lage ist durch geeignete Mittel detektiert wird.
Der Drehzahlsensor 26 kann in an sich bekannter Weise als analoger Tachogenerator oder als optischer oder elektromagnetischer Drehzahlmesser ausgebildet sein, der die Drehzahl des Antriebsmotors der Bohrmaschine 2 oder einer Abtriebswelle ihres Untersetzungsgetriebes abgreift. Der Drehzahlsensor 26 ist ebenfalls mit der Auswerteschaltung 52 verbunden, die das Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl feststellt. Diese vorgegebene Mindestdrehzahl hängt jedoch von der am Stellrad 14 eingestellten Drehzahl des Bohrfutters 8 ab und ist umso höher, je höher die eingestellte Drehzahl ist. Somit wird tatsächlich festgestellt, wenn der Quotient aus der gemessenen Drehzahl des Bohrfutters 8 oder der aus der Drehzahl des Antriebsmotors berechneten Drehzahl des Bohrfutters 8 einerseits und der am Stellrad 14 eingestellten Drehzahl des Bohrfutters 8 andererseits einen vorbestimmten Mindestwert unterschreitet.
Der Drehmomentsensor 28 misst zum Beispiel den Stromfluss zum Antriebsmotor der Bohrmaschine 2 in kurzen Zeitabständen und ist ebenfalls mit der Auswerteschaltung 52 verbunden, welche die Ausgangssignale des Drehmomentsensors 28 über gewisse kurze Zeitintervalle vergleicht und dadurch einen Abfall des Widerstandsdrehmoments während des Bohrbetriebs feststellen kann.
Die Auswerteschaltung 52 erhält zudem Informationen über die Schaltstellung des Schiebeschalters 20, so dass sie auch feststellen kann, ob sich die Schlagbohrmaschine 2 im reinen Bohrbetrieb oder im Schlagbohrbetrieb befindet.
Wenn in der Auswerteschaltung 52 festgestellt wird, dass erstens der Kontakt 38 stromführend ist, das heißt im Wesentlichen nach unten gebohrt wird, und dass zweitens die vorgegebene Mindestdrehzahl bzw. der vorgegebene Mindestwert für den Quotienten aus der gemessenen und der eingestellten Drehzahl des Bohrfutters 8 unterschritten wird, ist dies ein Anzeichen dafür, dass das Bohrwerkzeug 10 nicht mehr imstande ist, das Bohrklein ordnungsgemäß aus dem Bohrloch abzufördern. Wenn in diesem Fall durch die Informationen über die Schiebestellung des Schiebeschalters 20 festgestellt wird, dass die Bohrmaschine im Schlagbohrbetrieb arbeitet und ihr Schlagwerk eingeschaltet ist, wird es durch ein Signal von der Auswerteschaltung 52 vorübergehend abgeschaltet und im reinen Bohrbetrieb weitergebohrt, bis die Drehzahl wieder oberhalb der vorgegebenen Mindestdrehzahl liegt. Anschließend erfolgt eine erneute Umschaltung in den Schlagbohrbetrieb. Auf diese Weise kann ein Festsetzen des Bohrwerkzeugs 10 und damit ein Drehen der Bohrmaschine 2 um die Bohrachse B verhindert werden.
Wenn hingegen in der Auswerteschaltung 52 festgestellt wird, dass erstens der Kontakt 42 stromführend ist, das heißt im Wesentlichen horizontal gebohrt wird, und dass zweitens das Widerstandsdrehmoment während des Bohrbetriebs plötzlich abfällt, kann dies ein Anzeichen dafür sein, dass das Bohrwerkzeug 10 das Werkstück gerade durchstößt und auf der entgegengesetzten Seite aus diesem austritt. In diesem Fall veranlasst die Auswerteschaltung 52 eine sofortige Reduzierung der Drehzahl des Antriebsmotors, wodurch auch die Aufschlagenergie geringer wird und ein starkes Abplatzen von Teilen des Werkstücks am Austritt des Bohrwerkzeugs 10 verhindert werden kann.

Claims

Bohrgerät, insbesondere handgeführte Schlagbohrmaschine oder handgeführter Bohrhammer mit elektrischem Antriebsmotor, gekennzeichnet durch einen Sensor (24) zur Erfassung der Ausrichtung einer Bohrachse (B) des Bohrgeräts (2) und eine Sensorik (26, 28) zur Erfassung mindestens eines Bohrbetriebsparameters, sowie durch eine Einrichtung (52) zur Auswertung von Ausgangssignalen des Sensors (24) und der Sensorik (26, 28) und zur Veränderung einer Bewegung eines Bohrwerkzeugs (10) des Bohrgeräts (2) ansprechend auf die Auswertung der Ausgangssignale.
Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) zwischen einer vertikalen oder steil nach unten geneigten Ausrichtung der Bohrachse (B) und einer horizontalen oder flach geneigten Ausrichtung der Bohrachse (B) unterscheidet.
Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Neigungssensor (24) ist.
Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Beschleunigungssensor ist.
Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor ein linearer Beschleunigungssensor mit einer oder mehreren Wirkachsen ist.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (26, 28) einen Drehzahlsensor (26) umfasst, der als Bohrbetriebsparameter eine Drehzahl des Bohrwerkzeugs (10), eines Antriebsmotors des Bohrgeräts (2) oder einer dazwischen angeordneten Triebwelle erfasst.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (26, 28) einen Drehmomentsensor (28) umfasst, der als Bohrbetriebsparameter ein auf das Bohrwerkzeug (10), einen Antriebsmotor des Bohrgeräts (2) oder eine dazwischen angeordnete Triebwelle einwirkendes Drehmoment mittelbar oder unmittelbar erfasst.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (26, 28) einen Stromsensor umfasst, der als Bohrbetriebsparameter die Stromstärke eines zu einem Antriebsmotor des Bohrgeräts (2) zugeführten Stroms erfasst.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (26, 28) die von einem Antriebsmotor des Bohrgeräts (2) aufgenommene Leistung erfasst.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (52) die von der Sensorik (26, 28) erfasste Drehzahl oder das von der Sensorik (26, 28) Drehmoment mit einem vorgegebenen Drehzahl- oder Drehmomentwert vergleicht.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (52) die von der Sensorik (26, 28) erfasste Drehzahl oder das von der Sensorik (26, 28) Drehmoment mit einem kurz zuvor erfassten Drehzahl- oder Drehmomentwert vergleicht.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleich eine am Bohrgerät (2) eingestellte Drehzahl und/oder ein Durchmesser des Bohrwerkzeugs (10) berücksichtigt wird.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (eine Umschaltung von einem kombinierten Schlagbohrbetrieb in einen reinen Bohrbetrieb bewirken, wenn die Auswertung des Ausgangssignals des Neigungssensors eine vertikale oder steil geneigte Ausrichtung der Bohrachse und die Auswertung des Ausgangssignals der Sensorik einen Anstieg des Drehwiderstands anzeigt.
Bohrgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen eine Reduzierung der Drehzahl des Antriebs bzw. des Bohrwerkzeugs bewirken, wenn die Auswertung des Ausgangssignals des Neigungssensors eine horizontale oder flach geneigte Ausrichtung der Bohrachse und die Auswertung des Ausgangssignals der Sensorik einen Abfall des Drehwiderstands anzeigt.