DE10358571A1

DE10358571A1 - Schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10358571A1
Application number: DE2003158571
Authority: DE
Inventors: Harald Schmitzer; Christoph Würsch; Alexander John; Hans Böni; Stephan Krebs
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Eine Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem pneumatischen Schlagwerk (2) mit einer Gasfeder (3), die einen Flugkolben (4) antreibt, und mit einem antreibenden Elektromotor (5), welcher von einer Motorsteuerung (7) bezüglich der Drehzahl (n) regelbar ist, wobei die Motorsteuerung (7) mit einem von der Leistungsaufnahme (P) beeinflussbaren Leistungssensor (6) verbunden ist und die Drehzahl (n) gleichsinnig zur Leistungsaufnahme (P) änder.

Description

Die Erfindung bezeichnet eine zumindest teilweise schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine, wie einen Meisselhammer oder einen Kombihammer.
Schlagende Elektrohandwerkzeugmaschinen der höheren Leistungsklassen weisen üblicherweise ein pneumatisches Schlagwerk mit einer Gasfeder auf, die den Flugkolben antreibt. Die Kinematik dieses Flugkolbens ist höchst komplex und hängt energetisch insbesondere von der Belastung des angetriebenen Werkzeugs ab, welches dem Schlagwerk Energie entzieht. Die für den Nutzer entscheidende Abbauleistung ergibt sich multiplikativ aus der Einzelschlagenergie und der Schlagfrequenz, die üblicherweise proportional zur Drehzahl des antreibenden Elektromotors ist. Ab einer kritischen Schlagfrequenz wird der Flugkolben nicht mehr hinreichend von der Gasfeder angesaugt, wodurch das Schlagwerk nicht mehr anläuft. Dies ist insbesondere im reinen Meisselbetriebsmodus wesentlich, bei dem zur Vermeidung von Leerschlägen, bei welchen die gesamte Leistung vom Maschinengehäuse und dem Nutzer absorbiert werden müsste, bei jedem Absetzen des Werkzeugs vom Werkstück das Schlagwerk abgeschaltet werden muss. Ohne eine derartige Regelung für ein zuverlässiges Leerschlag- und Anlaufverhalten können nur durch diese begrenzte Einzelschlagenergien und Schlagfrequenzen realisiert werden, die zu niedrigeren Abbauleitungen führen.
Zur Erzielung einer hohen Abbauleistung sowie einem zuverlässigen Leerschlag- sowie Anlaufverhalten des Schlagwerks wird dies üblicherweise über das Ansetzen des Werkzeugs am zu bearbeitenden Werkstück gesteuert.

Nach der WO 0105558 A1 erfolgt die Steuerung des Schlagwerks über eine beim Ansetzen des Werkzeugs axial versetzbare Steuerhülse, welche Ventilöffnungen zur Gasfeder öffnet bzw. schliesst. Eine axial versetzbare Steuerhülse ist konstruktiv aufwändig und führt notwendig zu grösseren Werkzeugaufnahmen.

Nach der DE 10033362 A1 wird die Leerschlagposition des Flugkolbens im Schlagwerk mit einem Sensor detektiert und im Leerschlagfall die Drehzahl des das Schlagwerk antreibenden Elektromotors derart abgesenkt, dass dieser unterbleibt. Somit werden zwar erfolgreich die Symptome, nicht jedoch die Ursachen des Leerschlags erfasst.

Zudem wird nach der DE 4401664 A1 der Elektromotor über eine Motorsteuerung gesteuert, die eine Drehzahlregelung mit einem kontaktlosen Hall-Drehzahlsensor aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer schlagenden Elektrohandwerkzeugmaschine mit einem bei hoher Abbauleistung steuerbaren Schlagwerk.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So weist eine schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine ein pneumatisches Schlagwerk mit einer Gasfeder, die einen Flugkolben antreibt, und einen antreibenden Elektromotor auf, welcher von einer, mit einem von der Leistungsaufnahme beeinflussbaren Leistungssensor verbundenen, Motorsteuerung bezüglich der Drehzahl regelbar ist, wobei die Motorsteuerung die Drehzahl gleichsinnig zur Leistungsaufnahme ändert.

Im zugeordneten Regelverfahren wird bei einer schlagenden Elektrohandwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk mit einer Gasfeder, die einen Flugkolben antreibt, von der Motorsteuerung die Drehzahl des Elektromotors erhöht, nachdem der Leistungssensor einen Leistungsanstieg detektiert hat und erniedrigt, nachdem der Leistungssensor einen Leistungsabfall detektiert hat.

Indem die Drehzahl von der Motorsteuerung gleichsinnig zur Änderung der Leistungsaufnahme regelbar ist, wird eine auf dem Verursacherprinzip, nämlich der Einzelschlagenergie, basierende Regelung eines stabilen Schlagwerkszustandes erzielt. Damit kann das Schlagwerk auf die maximal technisch realisierbaren Einzelschlagenergien und Schlagfrequenzen dimensioniert werden.

Vorteilhaft ist der Leistungssensor die im Motorstromzweig angeordnete Motorsteuerung selbst, bspw. eine übliche Phasenanschnittsteuerung oder Wellenpaketsteuerung, deren Steuergrösse monoton mit dem Motorstrom korreliert und somit ein Mass der Leistungsaufnahme darstellt.

Vorteilhaft ist die Steuergrösse die Regelgrösse einer Drehzahlregelung, die mit einem üblichen Drehzahlsensor wie einem kontaktlosen Hall-Drehzahlsensor ausgestattet ist, deren zur Regelung auf eine vordefinierte Solldrehzahl benutzte Regelgrösse notwendig monoton mit der Leistungsaufnahme korreliert und somit ein geeignetes Mass für die Leistungsaufnahme des Elektromotors ist.

Die Ursache dafür ist folgende. Wird die Elektrohandwerkzeugmaschine vom Werkstück abgehoben, ändert sich die Schlagzahl, welche durch das Verhältnis zwischen Rückflug- und Aufprallgeschwindigkeit definiert ist, da der Flugkolben seine Energie nicht mehr an den Untergrund abgeben kann und somit stärker reflektiert wird. Da vom Schlagwerk bei einer höheren Schlagzahl weniger Leistung aufgenommen werden muss, wird auch der Leistungsbedarf des antreibenden Elektromotors geringer, der über die Drehzahlregelung geregelt gerade einen derartigen Motorstrom bezieht, um bei der bisherigen Belastung mit einer gegebenen Solldrehzahl zu drehen. Da diese Belastung jedoch plötzlich geringer geworden ist, würde der Elektromotor seine Drehzahl erhöhen, dem die Drehzahlregelung mit ihrer Regelgrösse entgegenwirkt. Im umgekehrten Fall ist dies entsprechend umgekehrt. Somit ist die Regelgrösse der Drehzahlregelung ein Mass für die Leistungsaufnahme des Elektromotors.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit einer Darstellung als Elektrohandwerkzeugmaschine.
Nach der Darstellung weist eine schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine 1 ein pneumatisches Schlagwerk 2 mit einer Gasfeder 3 auf, die einen Flugkolben 4 antreibt. Ein antreibender Elektromotor 5 ist von einer, mit einem von der Leistungsaufnahme P beeinflussbaren, abstrakten Leistungssensor 6 verbundenen, Motorsteuerung 7 in Form einer mikrocontrollergesteuerten Phasenanschnittsteuerung für einen Motorstrom 1 bezüglich einer Drehzahl n regelbar. Die Motorsteuerung 7 weist einen, von dem abstrakten Leistungssensor 6 gesteuerten, implantierten Algorithmus 8 auf, welcher den Betrag des Motorstroms 1 gleichsinnig zum Betrag der Leistungsaufnahme P ändert. Dazu erhöht der Algorithmus 8 beim plötzlichen Anstieg der Drehzahl n den Motorstrom 1 und umgekehrt. Den bezüglich der Leistungsaufnahme P sensiblen, abstrakten Leistungssensor 6 bildet die im Motorstromzweig 9 angeordnete Motorsteuerung 7 selbst aus, deren von der Änderung der Drehzahl n abhängige Steuergrösse S monoton mit dem Motorstrom 1 korreliert und somit ein Mass der Leistungsaufnahme P darstellt. Dabei ist die Steuergrösse S konkret die Regelgrösse einer Drehzahlregelung 10, die mit einem Drehzahlsensor 11 in Form eines kontaktlosen Hall-Drehzahlsensor 12 zur Messung der Drehzahl n ausgestattet ist.

Claims

Elektrohandwerkzeugmaschine mit einem pneumatischen Schlagwerk (2) mit einer Gasfeder (3), die einen Flugkolben (4) antreibt, und mit einem antreibenden Elektromotor (5), welcher von einer Motorsteuerung (7) bezüglich der Drehzahl (n) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (7) mit einem von der Leistungsaufnahme (P) beeinflussbaren Leistungssensor (6) verbunden ist und die Drehzahl (n) gleichsinnig zur Leistungsaufnahme (P) ändert.
Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungssensor (6) die im Motorstromzweig (9) angeordnete Motorsteuerung (7) selbst ist, deren Steuergrösse (S) monoton mit dem Motorstrom (1) korreliert.
Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergrösse (S) die Regelgrösse einer Drehzahlregelung (10) ist, die mit einem Drehzahlsensor (11) ausgestattet ist.
Regelverfahren für eine zumindest teilweise schlagenden Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem pneumatischen Schlagwerk (2) mit einer Gasfeder (3), die einen Flugkolben (4) antreibt, und mit einem antreibenden Elektromotor (5), welcher von einer, mit einem von der Leistungsaufnahme (P) beeinflussbaren Leistungssensor (11) verbundenen, Motorsteuerung (7) bezüglich der Drehzahl (n) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt von dem Leistungssensor (6) ein Leistungsanstieg detektiert wird und dass in einem zweiten Schritt von einem Algorithmus (8) in der Motorsteuerung (7) die Drehzahl (n) des Elektromotors (5) erhöht wird.
Regelverfahren für eine zumindest teilweise schlagenden Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem pneumatischen Schlagwerk (2) mit einer Gasfeder (3), die einen Flugkolben (4) antreibt, und mit einem antreibenden Elektromotor (5), welcher von einer, mit einem von der Leistungsaufnahme beeinflussbaren Leistungssensor (6) verbundenen, Motorsteuerung (7) bezüglich der Drehzahl (n) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt von dem Leistungssensor (6) ein Leistungsabfall detektiert wird und dass in einem zweiten Schritt von einem Algorithmus (8) in der Motorsteuerung (7) die Drehzahl (n) des Elektromotors (5) verringert wird.